ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ_ΠΑΠΑΖΟΓΛΟΥ ΣΠΥΡΙΔΩΝ

2o ΙΕΚ ΒΟΛΟΥ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ∆ΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΣΥΝΤΑΚΤΗΣ: ΠΑΠΑΖΟΓΛΟΥ ΣΠΥΡΙ∆ΩΝ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑ∆ΟΣΗΣ: 15/06/2007 ΕΚΠΑΙ∆ΕΥΤΗΣ: ΚΑΡΑΣΑΙΝΗΣ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ

1

2

Περιεχόµενα 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ........................................................................................................7 1.1 ΤΑ ∆ΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥΣ.................................7 1.2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ..........................................................................................8 1.3 Η ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ∆ΙΚΤΥΩΝ .......................................................................8 1.4 ΑΠΟ ΤΟ ARPANET ΣΤΟ INTERNET..............................................................9 2 ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ ...............................................12 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ........................................................................................................12 2.1.1 ΧΡΗΣΕΙΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ...................................................12 2.1.2 ΣΚΟΠΟΙ ΤΩΝ ∆ΙΚΤΥΩΝ .........................................................................12 2.1.3 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ∆ΙΚΤΥΩΝ ................................................................13 2.2 ∆ΟΜΗ ∆ΙΚΤΥΟΥ.............................................................................................15 2.2.1 ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ .......................................................................18 2.2.1.1 ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ΕΝΣΥΡΜΑΤΩΝ ΤΟΠΙΚΩΝ ∆ΙΚΤΥΩΝ .........19 2.2.1.1.1 ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ∆ΙΑΥΛΟΥ............................................................19 2.2.1.1.2 ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ∆ΕΝΤΡΟΥ............................................................20 2.2.1.1.3 Τοπολογία δακτυλίου....................................................................20 2.2.1.1.Τοπολογία άστρου ...........................................................................21 2.3 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ ......................................................................22 2.3.1 ΙΕΡΑΡΧΙΕΣ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ.................................................................22 2.3.2 ΑΛΛΟΙ ΤΥΠΟΙ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ ..........................................................26 2.3.2.1 SNA......................................................................................................26 Λειτουργίες ..........................................................................................26 2.3.2.2 NetWare ...............................................................................................26 2.3.2.3 AppleTalk ............................................................................................27 2.3.2.4 DNA.....................................................................................................27 2.3.3 ΘΕΜΑΤΑ ΣΧΕ∆ΙΑΣΗΣ ΕΠΙΠΕ∆ΩΝ .......................................................28 3 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ OSI.................................................................30 3.1 ΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ...................................................................................31 3.2 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΣΥΝ∆ΕΣΗΣ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ....................................................31 3.3 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ.................................................................................32 3.4 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ..........................................................................32 3.5 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΣΥΝΟ∆ΟΥ ...............................................................................33 3.6 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ.......................................................................34 3.7 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ..........................................................................35 3.8 ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ ΣΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ OSI ......................................35 4 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ TCP / IP .........................................................37 4.1 Η ΟΜΑ∆Α ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ TCP/IP ............................................................37 4.2 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ TCP/IP............................................................................37 4.3 ΠΩΣ ∆ΡΟΜΟΛΟΓΟΥΝΤΑΙ ΤΑ ΠΑΚΕΤΑ .....................................................38 4.4 ΤΑ ΕΠΙΠΕ∆Α ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ TCP/IP..............................................39 4.4.1 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ (NETWORK LAYER)....................................39 4.4.2 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ TRANSPORTATION LAYER ................39 4.4.3 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ (APPLICATION LAVER), ......................40 4.4.4 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΕΣΟ ...............................................40 4.5 ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ∆ΙΑ∆ΙΚΤΥΟΥ (ΙΡ) ........................................................40 5 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΟ INTERNET..................................................44 5.1 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΟ ARPΑΝΕΤ – INTERNET .........................45 6 ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ TCP ΚΑΙ UDP ΓΙΑ ΤΟ INTERNET..50 6.1 ΣΥΝ∆ΕΣΙΣΤΡΕΦΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ (TCP) .........................................................50 3

6.1.1 Η ∆ΙΑ∆ΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΧΕΙΡΑΨΙΑΣ...........................................................50 6.1.2 ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ...............................................................................................50 6.1.3 ΠΑΚΕΤΑ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ TCP..................................................................51 6.2 ΑΣΥΝ∆ΕΣΙΣΤΡΕΦΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ (UDP)......................................................53 7 ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο........................................................................................55 7.1 ΜΕΣΑ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗΣ .......................................................................................55 7.1.1 ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΜΕΣΑ ................................................................................55 7.1.2 ΣΥΝΕΣΤΡΑΜΜΕΝΟ ΖΕΥΓΟΣ ΚΑΛΩ∆ΙΩΝ (TWISTED PAIR)...........55 7.1.3 ΟΜΟΑΞΟΝΙΚΟ ΚΑΛΩ∆ΙΟ ΒΑΣΙΚΗΣ ΖΩΝΗΣ (BASEBAND COAXIAL CABLE) ............................................................................................56 7.1.4 ΟΜΟΑΞΟΝΙΚΟ ΚΑΛΩ∆ΙΟ ΕΥΡΕΙΑΣ ΖΩΝΗΣ (BROADBAND COAXIAL CABLE) ............................................................................................57 7.1.5 ΟΠΤΙΚΕΣ ΊΝΕΣ (FIBBER OPTICS).........................................................60 7.1.6 ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ ΜΕ ΟΠΤΙΚΗ ΕΠΑΦΗ (LINE-OF -SIGHT TRANSMISSION)...............................................................................................63 7.1.7 ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΟΙ ∆ΟΡΥΦΟΡΟΙ...........................................................64 7.2 ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ – ΨΗΦΙΑΚΗ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ......................................................68 7.2.1 ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ......................................................................68 7.2.2 ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ..............................................68 7.2.2.1 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗΣ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ ...........................................69 7.2.3 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗΣ .....................................................................71 8 ΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ....................................................................72 8.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ∆ΙΚΤΥΟ....................................................72 8.2 ΚΙΝΗΤΗ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑ....................................................................................72 8.3 Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΟΥ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟΥ ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ74 8.4 ∆ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ, ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 76 9. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ............................................................................................79

4

5

6

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Συχνά αναφέρουµε τους όρους internet (διαδίκτυο) , και δίκτυο. Και στις δύο περιπτώσεις όµως αναφερόµαστε σε κάποιου είδους δίκτυο. Τι είναι όµως αυτό το δίκτυο, και πώς λειτουργεί; Αυτά τα δύο βασικά ερωτήµατα θα προσπαθήσουµε να απαντήσουµε να απαντήσουµε σε αυτήν την εργασία. Αρχικά θα αναφερθούµε στην δοµή των δικτύων, καθώς και στις αρχιτεκτονικές τους. Έπειτα θα περιγράψουµε τα µοντέλα αναφοράς OSI και TCP/IP. Στην συνέχεια θα πούµε για το επίπεδο δικτύου σε σχέση µε το internet και θα συγκρίνουµε τα πρωτόκολλα TCP και UDP. Τέλος θα περιγράψουµε το φυσικό επίπεδο του OSI και το τηλεφωνικό σύστηµα. Πριν όµως ξεκινήσουµε, ας δούµε την εξέλιξη των δικτύων, µέσα από την ιστορία των υπολογιστών.

1.1 ΤΑ ∆ΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥΣ Τις πρώτες ηµέρες της πληροφορικής, οι υπολογιστές ήταν τεράστια µηχανήµατα, κλεισµένα σε προστατευµένα δωµάτια, όπου έµπαιναν µόνο επιλεγµένοι τεχνικοί, για να τους τροφοδοτήσουν µε δεδοµένα, χρησιµοποιώντας διάτρητες κάρτες. Με την πρόοδο του χρόνου και την εξέλιξη της τεχνολογίας κατέστη δυνατό να συνδεθούν οι υπολογιστές µε καθαρά περιφερειακές συσκευές, πέρα του στενού χωροταξικού ορίου των κεντρικών µονάδων. Έτσι οι χρήστες µπορούσαν για παράδειγµα, να τροφοδοτούν µε πληροφορίες τα κεντρικά συστήµατα χρησιµοποιώντας αποµακρυσµένα τερµατικά, και να δέχονται δεδοµένα από αυτά σε εκτυπωτές που βρισκόταν σε διαφορετικούς χώρους σε ένα κτίριο, ενώ και οι ίδιοι οι υπολογιστές άρχισαν να συνδέονται µεταξύ τους. ∆ύο ή περισσότεροι υπολογιστές οι οποίοι συνδέονται µεταξύ τους και µε άλλες περιφερειακές συσκευές (εκτυπωτές, τερµατικά µέσα αποθήκευσης κ.τ.λ.) λέµε ότι συνιστούν ένα δίκτυο(network). Με τον ίδιο όρο, παράλληλα, χαρακτηρίζεται και το υλικό, τόσο από πλευράς hardware, όσο από πλευράς software, που καθιστά δυνατή µια τέτοια σύνδεση. Η διασύνδεση υπολογιστών σε ένα δίκτυο και η αποστολή πληροφοριών πάνω σε αυτό καλείται δικτύωση (networking, data networking, data communication). Οι πληροφορίες που διανέµονται µέσω ενός δικτύου καλούνται κυκλοφορία (traffic). Η δικτύοση των υπολογιστών µεταξύ τους, η οποία και αποτελεί την χαρακτηριστικότερη τάση της πληροφορικής στις µέρες µας, δεν αποτελεί απλή τεχνική ή ακαδηµαϊκή άσκηση. Πρόκειται για µία ανάγκη η οποία υπαγορεύεται από πρακτικούς σκοπούς και υπακούνε σε οικονοµική λογική. Σκεφτείτε το εξής απλό παράδειγµα, το οποίο ο καθένας µας µπορεί να συναντήσει στην καθηµερινή εργασιακή πρακτική: Υποθέστε πως µια εταιρία δουλεύει ένα πρόγραµµα βάσεων δεδοµένων, το οποίο απαιτεί για την αποθήκευση των στοιχείων του έναν σκληρό δίσκο της τάξεως του ενός gigabyte. Έστω ότι η εταιρία έχει αναθέσει σε τρεις υπαλλήλους της να ενηµερώσουν το πρόγραµµα και έστω ότι ο καθένας από αυτούς πρέπει να ετοιµάζει µία εκτύπωση στο τέλος της ηµέρας µε την πρόοδο της εργασίας του. Υποθέστε, επίσης, πώς τα στοιχειά αυτά είναι ζωτικής σηµασίας για την εταιρία, πράγµα που σηµαίνει ότι θα κρατούνται αντίγραφα ασφάλειας του σε κάποιο µαγνητικό µέσο. Έχουµε, λοιπόν, τρεις υπαλλήλους, οι οποίοι δουλεύουν το ίδιο πρόγραµµα. Ακόµα κι αν θεωρήσουµε ότι η εργασία του καθενός είναι δυνατόν είναι δυνατών να συνδυαστούν µε την εργασία των άλλων για να ενηµερώσουν τα ίδια τελικά αρχεία

7

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ (που συνήθως είναι αδύνατον αν λειτουργούσαµε µε την λογική του µεµονωµένου υπολογιστή) θα πρέπει να είχαµε τρεις υπολογιστές, ο καθένας µε σκληρό δίσκο 1GB, 3 εκτυπωτές και τρεις µονάδες back up για να λειτουργήσει το συγκεκριµένο τµήµα της εταιρίας. Προφανώς θα ήταν πιο οικονοµικό να έχουµε έναν υπολογιστή, όπου θα κρατούνταν όλα τα στοιχεία και στον οποίο θα συνδέονται και οι τρεις υπάλληλοι µέσα από –πολύ φθηνά συγκριτικά- τερµατικά, για να ταυτόχρονα να στέλνουν και οι τρεις τις εκτυπώσεις τους σε έναν κοινό εκτυπωτή, µε τα αντίγραφα ασφαλείας να γράφονται σε µία µονό αποθηκευτική µονάδα. Πρόκειται για ένα πολύ απλό παράδειγµα, το οποίο µας δείχνει αντίστοιχα πόσο απλές και βασικές είναι οι ανάγκες που καλείται να καλύψει ένα δίκτυο και πόσο ευθεία είναι η µείωση του κόστους που επιτυγχάνουµε µέσω της λειτουργίας του.

1.2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Για την αποστολή πληροφοριών µέσα σε ένα δίκτυο χρησιµοποιούνται τα πρωτόκολλα. ο όρος στην ουσία του δεν είναι ιδιαίτερα απλός, θα µπορούσαµε, όµως, να πούµε πως πρόκειται για µία σειρά προκαθορισµένων τρόπων µε τους οποίους θα επικοινωνούν οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές µεταξύ τους προκειµένου να ανταλλάξουν πληροφορίες αλλά και να συντονιστούν στην ίδια εργασία της επικοινωνίας. Μια αντιστοιχία εδώ είναι η ανθρώπινη γλώσσα, ένα σύνολο από ήχους ή γραπτά σύµβολα µε προκαθορισµένη έννοια, µέσω των οποίων ανταλλάσσουµε πληροφορίες. Έτσι µία οµάδα ανθρώπων που γνωρίζει αγγλικά, µπορούν να επικοινωνήσουν µεταξύ τους ανεξάρτητα από την καταγωγή τους (φυλή ή εθνικότητα) και από το µέσο που χρησιµοποιούν (όπως τηλέφωνο). Έτσι και στους υπολογιστές. Ανεξάρτητα του αν χρησιµοποιούµε PC, Amiga ή Macintosh, ανεξάρτητα αν τρέχουµε DOS, Windows ή Unix ο υπολογιστής µας µπορεί να χρησιµοποιεί κάποιο συγκεκριµένο πρωτόκολλο για να επικοινωνεί άµεσα µε οποιοδήποτε άλλος υπολογιστή. Σε ένα δίκτυο η κυκλοφορία γίνεται µέσα από συνδέσεις (links). Το πλήθος των πληροφοριών που µπορεί να σταλεί µέσα σε ένα δεδοµένο χρόνο ενός δευτερολέπτου καλείται εύρος ζώνης (bandwidth). Με δεδοµένο ότι η µικρότερη ποσότητα πληροφορίας που µπορεί να µεταφερθεί είναι ένας χαρακτήρας (το bit), το bandwidth µετράται σε bits/second (bps) ή σε χιλιάδες bps (kbps) κ.λ.π..

1.3 Η ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ∆ΙΚΤΥΩΝ Αρχικά, για τις δικτυακές συνδέσεις χρησιµοποιήθηκαν καλώδια, καθώς τα δίκτυα κάλυπταν περιορισµένους χώρους ενός κτιρίου. Όπως, όµως, προχωρούσε η τάση για δικτύοση για ολοένα και πιο αποµακρυσµένων θέσεων εργασίας, η λύση ήταν πλέων ασύµφορη. Έτσι άµεση λύση αποτέλεσε το τηλεφωνικό δίκτυο, το οποίο είχε το πλεονέκτηµα ότι βρισκόταν παντού. Βέβαια υπήρχε ένα προφανές πρόβληµα: οι υπολογιστές επικοινωνούσαν µε ψηφιακά ηλεκτρικά σήµατα, ενώ το τηλέφωνο µεταφέρει αναλογικά σήµατα (όπως φωνή). Λύση αποτέλεσε το modem (modulator – demodulator, κωδικοποιητής – αποκωδικοποιητής), το οποίο, ουσιαστικά, µετατρέπει τα ψηφιακά σήµατα σε αναλογικά και το αντίστροφο. Και η προσέγγιση που περιγράψαµε παραπάνω όµως παρουσίασε, σε βάθος χρόνου κάποια µειονεκτήµατα. Το επόµενο βήµα ήταν να δηµιουργηθεί µια τεχνική, που θα επιτυγχάνει υψηλές ταχύτητες. Αυτή η τεχνική είναι το multiplexing και πραγµατοποιείται µε την προσθήκη στις τηλεφωνικές γραµµές ειδικών συσκευών, των multiplextors. Τρίτο ορόσηµο στην ιστορία της επικοινωνίας υπολογιστών, είναι η εισαγωγή της τεχνικής 8

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ του «διαµοιρασµού των πακέτων» στα τέλη της δεκαετίας του 1960. Εδώ το κάθε πακέτο έχει την δική του ταυτότητα και έτσι µπορούσαν να στέλνονται από κόµβο σε κόµβο, όπου κάθε κόµβος εξετάζει την επικεφαλίδα για να αποφασίζει τι να στείλει και πού.

1.4 ΑΠΟ ΤΟ ARPANET ΣΤΟ INTERNET Στα τέλη της δεκαετίας του '60 το Advanced Research Projects Agency (ARPA) των Η.Π.Α ξεκίνησε ένα πειραµατικό πρόγραµµα πάνω στα δίκτυα µεταγωγής δεδοµένων, µε σκοπό να αναπτύξει το hardware και το software που απαιτούνταν για τη λειτουργία τους, αλλά και να αναπτύξει ένα δίκτυο αυτής της µορφής. Ο αρχικός σκοπός ήταν να αναπτυχθεί ένα δίκτυο, το οποίο θα µπορούσε να συνδέσει ετερογενείς υπολογιστές σε διεσπαρµένες γεωγραφικά τοποθεσίες. Με τον τρόπο αυτό επιστήµονες από διαφορετικές περιοχές θα µπορούσαν να συνεργάζονται και να συντονίζουν την εργασία τους, αλλά και να πειραµατίζονται µε τη νέα τεχνολογία. Το Σεπτέµβριο του 1969 τέσσερις υπολογιστές σε ισάριθµα πανεπιστήµια των Η.Π.Α συνδέθηκαν και άρχισαν να ανταλλάσσουν πακέτα µεταξύ τους. Αυτή ήταν και η γέννηση του δικτύου που ονοµάστηκε ARPAnet, το οποίο αποτέλεσε τον πρόδροµο του Internet. Για µια δεκαετία περίπου το ARPAnet συνέχισε να αναπτύσσεται µε την προσθήκη ενός νέου υπολογιστή σε αυτό κάθε 20 ηµέρες κατά µέσο όρο, αλλά και να διαµοιράζεται ταυτόχρονα σε µικρότερα επιµέρους δίκτυα. Το 1975 τέθηκε κάτω από τον έλεγχο του Υπουργείου Αµύνης και το γεγονός αυτό άλλαξε ριζικά τους κανόνες του παιχνιδιού. Μέχρι τότε το ARPAnet λειτουργούσε µε βάση ένα πρωτόκολλο µεταγωγής δεδοµένων που ονοµαζόταν Network Control Protocol (NCP). Κάτω από την καθοδήγηση των στρατιωτικών όµως, παρέστη η ανάγκη να συνδεθούν µε το ARPAnet δίκτυα νέας µορφής, που βασίζονταν σε ραδιοφωνικές και δορυφορικές γραµµές επικοινωνίας. Ένα από τα πλέον σηµαντικά ζητούµενα (που σήµερα είναι από τα βασικά πλεονεκτήµατα του Internet), ήταν η ανάγκη δηµιουργίας µια υποδοµής που δεν θα αχρηστευόταν σε περιπτώσεις όπου κάποιος από τους κόµβους των δικτυωµένων υπολογιστών και δικτύων ετίθετο εκτός λειτουργίας. Για το σκοπό αυτό απαιτούνταν η ανάπτυξη µιας νέας τεχνολογίας στη µεταγωγή δεδοµένων και προς τούτο αναπτύχθηκε ένα νέο πρωτόκολλο επικοινωνίας που ονοµάστηκε Transmission Control Protocol Internet working Protocol και είναι έκτοτε γνωστό ως TCP / IP. Παράλληλα επιδιώχθηκε η υιοθέτηση ενός κοινού λειτουργικού συστήµατος για τους υπολογιστές που ανήκαν στις στρατιωτικές υπηρεσίες των Η.Π.Α. Αυτό που επιλέχθηκε ήταν το UNIX (το οποίο, σηµειωτέον, είχε αρχικά αναπτυχθεί για να χρησιµοποιείται στα τηλεφωνικά κέντρα!), καθώς όµως η ιδιοκτήτρια εταιρία του (η ΑΤ&Τ) δεν είχε ενσωµατώσει σε αυτό το TCP/IP, το Πεντάγωνο ανέθεσε το σχετικό project στο πανεπιστήµιο του Berkeley κι από τότε το UNIX και το TCP/IP παραµένουν αναπόσπαστα συνδεδεµένα, γεγονός που καθιστά το συγκεκριµένο λειτουργικό τον πυρήνα του Internet. Την 1η Ιανουαρίου 1983 το TCP/IP καθιερώθηκε επίσηµα ως υποχρεωτικό πρωτόκολλο στο ARPAnet, το οποίο - λίγο αργότερα - χωρίστηκε σε δυο ανεξάρτητα µεταξύ τους δίκτυα: το Milnet, το οποίο παρέµεινε υπό τον έλεγχο του Πενταγώνου και το υπόλοιπο, το οποίο κληρονόµησε το όνοµα ARPAnet και ξαναγύρισε στον αρχικό του ρόλο ως ερευνητικού και πανεπιστηµιακού δικτύου. Η ηµεροµηνία αυτή θεωρείται και η επίσηµη ηµεροµηνία ίδρυσης του Internet. Σήµερα το Internet θα µπορούσε να χαρακτηρισθεί από τεχνική άποψη ως το 9

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ σύνολο όλων των διασυνδεδεµένων ΙΡ δικτύων, ένα σύνολο που περιλαµβάνει αρκετές χιλιάδες τοπικά, περιφερειακά και διεθνή δίκτυα. Τα περισσότερα από αυτά συνδέονται µέσω του TCP/IP αλλά υπάρχουν κι άλλα που χρησιµοποιούν πρωτόκολλα OSI και συνδέουν δίκτυα Novell, Appletalk, DECnet κ.λπ. Πέρα από αυτά όµως, το Internet συνδέεται µε on line συστήµατα όπως η CompuSerνe (πάνω από 1.000.000 χρήστες), η MCI Mail και το GEnie, µε δίκτυα όπως το ΒΙΤΝΕΤ, το EARN και το EBONE αλλά και µε δεκάδες χιλιάδες εταιρίες σε όλο τον κόσµο για την ανταλλαγή µηνυµάτων µέσω του Ηλεκτρονικού Ταχυδροµείου. Στην πράξη, ο χρήστης του Internet σήµερα µπορεί να έχει πρόσβαση σε έναν τεράστιο πλούτο πληροφοριών, καθώς δεν υπάρχει τοµέας της ανθρώπινης γνώσης που να µην αντιπροσωπεύεται στο ∆ίκτυο. Εκατοντάδες αν όχι χιλιάδες βιβλιοθήκες - από αυτές των πανεπιστηµίων έως τη βιβλιοθήκη του Βατικανού - τα αρχεία του F.B.I, της C.I.A και της N.A.S.A, ηλεκτρονικά περιοδικά και εφηµερίδες, µικρές αγγελίες, public domain λογισµικό, στατιστικά στοιχεία, χάρτες, φωτογραφίες, video, αρχεία ήχου, ιστορικά στοιχεία, εκατοντάδες τράπεζες πληροφοριών και βάσεις δεδοµένων που καλύπτουν από την ιατρική και τη βιοτεχνολογία έως τα πλέον "εξωτικά" γνωστικά αντικείµενα... Όλα τα παραπάνω αποτελούν µικρά ψήγµατα του πλούτού που έχει να προσφέρει το ∆ίκτυο στους χρήστες του. Στο χώρο των υπολογιστών και των επικοινωνιών το Internet σήµερα είναι "τα πάντα". Έτσι, µέσω Internet µπορείτε σε δευτερόλεπτα να έχετε στην οθόνη του υπολογιστή σας τις κριτικές για το τελευταίο βιβλίο που σας ενδιαφέρει, κάποιο paper που παρουσιάστηκε στην τελευταία σύνοδο της Κοινότητας, τα δελτία καιρού για όλες τις χώρες όπως ανακοινώθηκαν πριν από 10 λεπτά, τις τελευταίες ανακοινώσεις της Green Peace, δορυφορικές φωτογραφίες για τον καιρό, τα ξενοδοχεία που βρίσκονται κοντά στη λίµνη Loch Ness, τις τιµές των µετοχών από το Χρηµατιστήριο της Φρανκφούρτης κ.ά. Με πρόσβαση σε on line serνices και στο Internet µπορεί ο καθένας µας να φέρει τα περιεχόµενα πολλών µεγάλων βιβλιοθηκών και ερευνητικών κέντρων ή τους ποικίλους πληροφοριακούς πόρους διάφορων δηµόσιων και ιδιωτικών οργανισµών ακριβώς "πάνω" στο γραφείο του. Είναι δυνατό, µέσα σε ελάχιστο χρόνο, να εντοπίσει το κατάλληλο άρθρο, το επιστηµονικό σύγγραµµα, την πιο ειδική πληροφορία µέσα από χιλιάδες περιοδικά, συγγράµµατα, εφηµερίδες και αρχεία. Κω, βέβαια, οι πληροφορίες, επειδή είναι σε ψηφιακή µορφή, µπορούν να φορτωθούν σε έναν επεξεργαστή κειµένου, σε µία βάση δεδοµένων ή ένα spreadsheet για τοπική ανάλυση και επεξεργασία, κάτι ιδιαίτερα χρήσιµο για τον επιχειρηµατικό κόσµο, όπου ειδικά οι πληροφορίες οικονοµικού περιεχοµένου έχουν πολύ µεγάλη αξία. Οι υπηρεσίες της on line πληροφόρησης χρησιµοποιούνται πλέον σε µεγάλο βαθµό από επιστήµονες, µηχανικούς, επιχειρηµατίες και ανθρώπους του οικονοµικού τοµέα. Περιλήψεις άρθρων, συγγραµµάτων, ειδήσεων καθώς και reports ερευνών από διάφορους τοµείς της κοινωνικής και οικονοµικής δραστηριότητας είναι πολλές φορές τα αποτελέσµατα µίας on line "εξερεύνησης" αυτού του θαυµαστού κόσµου. Ειδικά στον Oικονοµικό τοµέα, η on line πληροφόρηση έχει διεισδύσει σε µεγάλο βαθµό και αποτελεί ένα σοβαρότατο εργαλείο κατά τη λήψη αποφάσεων και την απόκτηση ανταγωνιστικού πλεονεκτήµατος. Και δεν πρέπει φυσικά να ξεχνάµε τους χρήστες αυτούς καθαυτούς, πάνω από 25.000.000 ανθρώπους (αριθµός που αυξάνεται γεωµετρικά), οι οποίοι µπορούν να ανταλλάξουν µηνύµατα και αρχεία µε αστραπιαία ταχύτητα στις πιο µακρινές γωνιές της γης και οι οποίοι συµµετέχουν στα on line fora διαλόγου του Usenet. Ένας

10

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ "πληθυσµός" υψηλότατου' επιπέδου που συµµετέχει ενεργά στο ∆ίκτυο και του προσφέρει µια απαράµιλλη δυναµική.

11

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ

2 ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2.1.1 ΧΡΗΣΕΙΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Πριν αρχίσουµε να εξετάζουµε µε λεπτοµέρεια τα τεχνικά θέµατα, αξίζει να αφιερώσουµε λίγο χρόνο για να επισηµάνουµε το λόγο για τον οποίο οι άνθρωποι ενδιαφέρονται για τα δίκτυα 'των υπολογιστών και πού µπορούν να τα χρησιµοποιήσουν.

2.1.2 ΣΚΟΠΟΙ ΤΩΝ ∆ΙΚΤΥΩΝ Πολλοί άνθρωποι ήδη έχουν σε λειτουργία ένα µεγάλο αριθµό υπολογιστών, τοποθετηµένων συχνά σε µεγάλη απόσταση µεταξύ τους. Για παράδειγµα, µια εταιρεία µε πολλά εργοστάσια µπορεί να έχει έναν υπολογιστή σε κάθε τοποθεσία για την τήρηση των στοιχείων της αποθήκης, την παρακολούθηση της παραγωγής, και για την τοπική µισθοδοσία του προσωπικού. Αρχικά, κάθε υπολογιστής πιθανώς να λειτουργούσε ξεχωριστά από τους άλλους, αλλά κάποια στιγµή, η διεύθυνση θα µπορούσε ν' αποφασίσει τη διασύνδεσή τους, ώστε να είναι δυνατόν να εξάγει και να συσχετίζει πληροφορίες γύρω από όλη την εταιρία. Κάνοντας µια πιο γενική τοποθέτηση, µπορούµε να πούµε ότι το θέµα εδώ είναι ο διαµοιρασµός των πόρων (resource sharing) και ο σκοπός είναι τα προγράµµατα, τα δεδοµένα και ο εξοπλισµός να είναι διαθέσιµα σε οποιονδήποτε είναι συνδεδεµένος στο δίκτυο, ανεξάρτητα από τη φυσική θέση του πόρου και του χρήστη. Με άλλα λόγια, απλά και µόνο το γεγονός ότι κάποιος χρήστης τυχαίνει να είναι 1000Km µακριά από τα δεδοµένα του, δεν θα πρέπει να τον εµποδίσει από το να τα χρησιµοποιεί σαν να ήταν τοπικά. Ο διαµοιρισµός του φορτίου είναι µια άλλη πλευρά του διαµοιρισµού των πόρων. Ο σκοπός αυτός µπορεί να εκφραστεί περιληπτικά µε το να πούµε ότι είναι µια προσπάθεια να δώσει τέλος στην "τυραννία των αποστάσεων". Ένας δεύτερος σκοπός είναι η παροχή υψηλής αξιοπιστίας (high reliability), έχοντας εναλλακτικές πηγές τροφοδοσίας. Για παράδειγµα, όλα τα αρχεία µπορούν να αντιγραφούν σε δύο ή τρία συστήµατα, έτσι ώστε, εάν ένα απ' αυτά δεν είναι διαθέσιµο (λόγω βλάβης στο υλικό), τα υπόλοιπα αντίγραφα να µπορούν να χρησιµοποιηθούν. Επί πλέον, η παρουσία πολλών CPU σηµαίνει ότι, εάν µια βγει εκτός λειτουργίας, οι άλλες πιθανώς να µπορούν να αναλάβουν την εργασία της, έστω και µε ελαττωµένη απόδοση. Για στρατιωτικές, τραπεζικές, ελέγχου εναέριας κυκλοφορίας, και πολλές άλλες εφαρµογές, η δυνατότητα συνέχισης της λειτουργίας σε περίπτωση που παρουσιάζονται προβλήµατα στο υλικό είναι πολύ σηµαντική. Ένας άλλος σκοπός είναι η εξοικονόµηση χρηµάτων (saving money). Οι µικροί υπολογιστές έχουν πολύ καλύτερο λόγο τιµή/ απόδοση από τους µεγάλους. Τα µεγάλα συστήµατα υπολογιστών (mainframes), είναι χοντρικά, δέκα φορές πιο γρήγορα από τους πιο γρήγορους µικροεπεξεργαστές ενός chip, αλλά κοστίζουν χίλιες φορές περισσότερο. Αυτή η ανισορροπία έχει αναγκάσει πολλούς σχεδιαστές να αναπτύσσουν συστήµατα αποτελούµενα από ισχυρούς προσωπικούς υπολογιστές, εν αγνεία κάθε χρήστη µε τα δεδοµένα να φυλάγονται σε µια ή περισσότερες διαµοιραζόµενες µηχανές εξυπηρέτησης αρχείων (file servers). Αυτός ο σκοπός οδηγεί σε δίκτυα µε πολλούς υπολογιστές τοποθετηµένους στο ίδιο κτίριο. Ένα τέτοιο δίκτυο ονοµάζεται LAN (Local Area Network ∆ίκτυο Τοπικής

12

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ Περιοχής ή Τοπικό ∆ίκτυο) σε αντίθεση µε το WΑΝ (Wide Area Network ∆ίκτυο Ευρείας Περιοχής), το οποίο ονοµάζεται επίσης και long haul network. Ένα άλλο σχετικό σηµείο είναι η δυνατότητα της βαθµιαίας αύξησης της απόδοσης του συστήµατος, καθώς αυξάνεται ο φόρτος εργασίας µε απλή πρόσθεση και άλλων επεξεργασιών. Στα κεντρικά µεγάλα συστήµατα τα υπολογιστών, όταν το σύστηµα γεµίσει, θα πρέπει να αντικατασταθεί από ένα άλλο µεγαλύτερο, συνήθως µε υψηλό κόστος, προκαλώντας ακόµη µεγαλύτερη αναστάτωση στους χρήστες. Υπάρχει ακόµη και ένας άλλος σκοπός εγκατάστασης ενός δικτύου υπολογιστών, ο οποίος δεν έχει καµιά σχέση µε την ανάπτυξη της τεχνολογίας. Ένα δίκτυο υπολογιστών µπορεί να γίνει ένα ισχυρό µέσο επικοινωνίας (communication medium), µεταξύ ανθρώπων ευρισκοµένων σε διαφορετικά µέρη. Χρησιµοποιώντας ένα δίκτυο, είναι εύκολο σε δύο ή περισσότερα άτοµα, τα οποία κατοικούν το ένα µακριά από το άλλο, να γράψουν µαζί µια αναφορά. Όταν ο ένας συγγραφέας κάνει µια τροποποίηση στο κείµενο, ενώ βρίσκεται σε απευθείας σύνδεση (on line), οι άλλοι µπορούν να δουν αµέσως τη διόρθωση, αντί να περιµένουν πολλές ηµέρες για µια ταχυδροµική επιστολή. Μια τέτοια αύξηση της ταχύτητας κάνει τη συνεργασία των ανθρώπων που κατοικούν ο ένας µακριά από τον άλλο εύκολη, πράγµα που ήταν στο παρελθόν αδύνατο. Σε τελική ανάλυση, η χρήση των δικτύων για την προαγωγή της επικοινωνίας ανάµεσα στους ανθρώπους µπορεί να αποδειχθεί περισσότερο σηµαντική, σε σύγκριση µε τεχνικούς σκοπούς, όπως η βελτίωση της αξιοπιστίας. Στο Σχ. 2-1 δίνουµε µια ταξινόµηση συστηµάτων πολλαπλών επεξεργασιών, ανάλογα µε το φυσικό τους µέγεθος. Στην κορυφή είναι οι µηχανές ροής δεδοµένων (data flow machines), υπολογιστές υψηλού βαθµού παραλληλίας µε πολλές λειτουργικές µονάδες, όλες να δουλεύουν το ίδιο πρόγραµµα. Κατόπιν ακολουθούν οι πολυεπεξεργαστές (multiprocessors), συστήµατα τα οποία επικοινωνούν µέσα από µια διαµοιραζόµενη µνήµη. Κάτω από τους πολυεπεξεργαστές είναι τα πραγµατικά δίκτυα, υπολογιστές οι οποίοι επικοινωνούν ανταλλάσσοντας µηνύµατα. Τέλος η σύνδεση δύο ή περισσοτέρων δικτύων ονοµάζεται διασύνδεση δικτύων (internetworking). Επεξεργαστές που Απόσταση Παράδειγµα βρίσκονται µεταξύ επεξεργαστών στον (ην) ίδιο (α) Κάρτα } Μηχανή ροής δεδοµένων 0.1 m κυκλώµατος 1m Σύστηµα } Πολυεπεξεργαστής 10m 100m 1 km 10 km 100 km 1000 km

∆ωµάτιο Κτίριο Περιοχή Πόλη Χώρα Ήπειρος

10,000 km

Πλανήτης

} }

Τοπικό δίκτυο

}

∆ίκτυο Ευρείας περιοχής (∆ΕΠ) ∆ιασύνδεση ∆ικτύων Ευρείας περιοχής

Σχ. 2-1. Ταξινόµηση διασυνδεδεµένων επεξεργαστών κατά κλίµακα.

13


2.1.3 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ∆ΙΚΤΥΩΝ Η αντικατάσταση ενός µεγάλου υπολογιστικού συστήµατος µε σταθµούς εργασίας σ' ένα LAN, µπορεί να βελτιώνει την αξιοπιστία και την απόδοση του συστήµατος, αλλά δεν καθιστά δυνατές πολλές καινούργιες εφαρµογές. Αντίθετα η διαθεσιµότητα ενός (δηµοσίου) ΒΑΝ καθιστά δυνατές πολλές καινούργιες εφαρµογές. Μερικές απ' αυτές τις νέες εφαρµογές µπορούν να έχουν σηµαντικές επιδράσεις στην κοινωνία ως σύνολο. Για να λάβετε µια γενική ιδέα για τη χρήση των δικτύων υπολογιστών, θα ρίξουµε µια σύντοµη µατιά σε τρία παραδείγµατα: προσπέλαση σε αποµακρυσµένα προγράµµατα, προσπέλαση σε αποµακρυσµένες βάσεις δεδοµένων, και σε επιπρόσθετης αξίας (value-added) ευκολίες επικοινωνίας. Μια εταιρεία, η οποία έχει αναπτύξει ένα µοντέλο προσοµοίωσης της παγκόσµιας οικονοµίας, µπορεί να επιτρέπει στους συνδροµητές της να συνδέονται στο δίκτυο και να τρέχουν το πρόγραµµα για να ιδούν, πώς οι διάφοροι δείκτες πληθωρισµού, οι δείκτες επιτοκίων και οι νοµισµατικές διακυµάνσεις επηρεάζουν τις επιχειρήσεις τους. Η µέθοδος αυτή συνήθως είναι προτιµότερη από την άµεση πώληση του προγράµµατος, ειδικά αν το µοντέλο προσαρµόζεται διαρκώς ή απαιτεί έναν αρκετά µεγάλο υπολογιστή να τρέξει. Μια άλλη περιοχή ευρείας χρήσης των δικτύων είναι η προσπέλαση σε αποµακρυσµένες βάσεις δεδοµένων. Στο άµεσο µέλλον θα είναι πολύ πιο εύκολο για τον άνθρωπο να κάνει κρατήσεις σε αεροπλάνα, τραίνα, λεωφορεία, πλοία, ξενοδοχεία, εστιατόρια, θέατρα κ.λ.π. από το σπίτι του, σε οποιοδήποτε σηµείο του κόσµου, και να έχει άµεση επιβεβαίωση της κράτησης. Συναλλαγές µε τράπεζες από το σπίτι και η αυτοµατοποιηµένη εφηµερίδα ανήκουν, επίσης, στην ίδια κατηγορία. Οι σηµερινές εφηµερίδες δίνουν λίγο απ' όλα, αλλά οι ηλεκτρονικές θα µπορούν να καλύψουν τις ειδικές ανάγκες κάθε αναγνώστη, για παράδειγµα οτιδήποτε σχετικά µε υπολογιστές, τις σπουδαιότερες ειδήσεις σχετικά µε πολιτική και επιδηµίες, αλλά τίποτα σχετικά µε ποδόσφαιρο, ευχαριστώ δεν θα πάρω. Το επόµενο βήµα, µετά από την αυτοµατοποίηση των εφηµερίδων, περιοδικών και επιστηµονικών εντύπων, είναι η πλήρης αυτοµατοποίηση των βιβλιοθηκών. Ανάλογα µε το κόστος, µέγεθος και βάρος των τερµατικών, η τυπογραφία µπορεί να πέσει σε αχρηστία. Οι δύσπιστοι θα έπρεπε να σηµειώσουν την επίδραση που είχε ο έγγραφος τύπος στα µεσαιωνικά διακοσµηµένα χειρόγραφα. Όλες αυτές οι εφαρµογές χρησιµοποιούν τη δικτύωση για οικονοµικούς λόγους: Το να καλέσει κανείς έναν αποµακρυσµένο υπολογιστή µέσω ενός δικτύου, κοστίζει φθηνότερα από το να τον καλέσει απευθείας. Το χαµηλότερο κόστος είναι δυνατό, διότι µια κανονική τηλεφωνική κλήση καταλαµβάνει ένα ακριβό, αποκλειστικά αφιερωµένο κύκλωµα για τη διάρκεια της κλήσης, ενώ η προσπέλαση µέσω ενός δικτύου καταλαµβάνει γραµµές µεγάλης απόστασης, µόνον όταν έχουµε πραγµατική µετάδοση δεδοµένων. Η τρίτη κατηγορία µιας πιθανής διαδεδοµένης χρήσης των δικτύων, είναι η χρήση τους ως επικοινωνιακού µέσου µεταφοράς. Οι επιστήµονες υπολογιστών, ήδη τώρα υπερηφανεύονται, ότι µπορούν να στέλνουν το ταχυδροµείο τους στους συναδέλφους τους µέσω των τερµατικών τους σε ολόκληρο τον κόσµο. Στο µέλλον όλοι, και όχι µόνον οι άνθρωποι που ασχολούνται µε τους υπολογιστές, θα µπορούν να στέλνουν και να λαµβάνουν το ηλεκτρονικό τους ταχυδροµείο. Επιπλέον, αυτή η αλληλογραφία θα είναι δυνατόν να περιέχει ψηφιοποιηµένη φωνή, ζωγραφιές, και πιθανόν κινούµενες εικόνες τηλεόρασης και βίντεο. Κάποιος θα µπορούσε εύκολα να φανταστεί παιδιά σε διαφορετικές χώρες να προσπαθούν να µάθουν το ένα τη 14

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ γλώσσα του άλλου, ζωγραφίζοντας την εικόνα ενός παιδιού σε µια διαµοιραζόµενη οθόνη και δίνοντας τον κατάλληλο χαρακτηρισµό, κορίτσι ή αγόρι. Ήδη υπάρχουν ηλεκτρονικά συστήµατα ενηµερωτικών δελτίων, αλλά αυτά τείνουν να χρησιµοποιούνται µόνο από τους ειδικούς στους υπολογιστές, αναφέρονται µόνο σε τεχνικά θέµατα και συχνά οριοθετούνται γεωγραφικά. Τα µελλοντικά συστήµατα θα είναι εθνικά ή διεθνή, θα χρησιµοποιούνται από εκατοµµύρια κοινούς ανθρώπους και θα καλύπτουν ένα ευρύ φάσµα θεµάτων. Η χρησιµοποίηση ενός ενηµερωτικού δελτίου θα είναι µια απλή διαδικασία, όπως είναι η ανάγνωση ενός περιοδικού. Μερικές φορές λέγεται ότι υπάρχει ένας συναγωνισµός µεταξύ µεταφοράς και επικοινωνίας και όποιος από τους δύο κερδίσει θα αχρηστεύσει τον άλλον. Η χρήση ενός δικτύου υπολογιστών, ως ευφυές επικοινωνιακό σύστηµα, µπορεί να ελαττώσει τις µετακινήσεις, εξοικονοµώντας µ' αυτόν τον τρόπο ενέργεια. Η εργασία στο σπίτι µπορεί να γίνει πολύ ελκυστική, ειδικά για τους γονείς µικρών παιδιών που θέλουν να έχουν µερική απασχόληση. Το γραφείο και το σχολείο, µε τη σηµερινή τους, µορφή µπορεί να εκλείψουν, τα καταστήµατα µπορούν να αντικατασταθούν από ηλεκτρονικούς ταχυδροµικούς καταλόγους παραγγελιών. Οι πόλεις µπορούν να διασκορπιστούν, καθόσον εγκαταστάσεις επικοινωνιών υψηλής ποιότητας θα ελαττώσουν την ανάγκη για φυσική προσέγγιση. Η επανάσταση της πληροφορικής µπορεί ν' αλλάξει την κοινωνία όσο την άλλαξε και η Βιοµηχανική Επανάσταση.

2.2 ∆ΟΜΗ ∆ΙΚΤΥΟΥ Τώρα είναι καιρός ν' αφήσουµε τις κοινωνικές επιδράσεις που έχουν τα δίκτυα των υπολογιστών και να στρέψουµε την προσοχή µας στα τεχνικά θέµατα που εµπλέκονται στη σχεδίαση των δικτύων. Σε κάθε δίκτυο υπάρχει µια συλλογή από µηχανήµατα, τα οποία σκοπό έχουν να τρέχουν τα προγράµµατα (δηλ. εφαρµογές) του χρήστη. Θα ακολουθήσουµε την ορολογία ενός από τα µεγαλύτερα δίκτυα, του ARPANET, και ονοµάζουµε αυτά τα µηχανήµατα hosts (κεντρικοί υπoλoγιστές). Ο όρος τερµατικό σύστηµα (end system) πολλές φορές, επίσης, χρησιµοποιείται στην ορολογία. Οι hosts συνδέονται µεταξύ τους µε το υπoδίκτυo επικοινωνίας (communication subnet) ή απλώς υπoδίκτυo για συντοµία. Το έργο του υποδικτύου είναι η µεταφορά µηνυµάτων από host σε host, όπως ακριβώς το σύστηµα του τηλεφώνου µεταφέρει τις λέξεις από τον οµιλητή στον ακροατή. Ξεχωρίζονται τα γνήσια επικοινωνιακά θέµατα του δικτύου (το υποδίκτυο) από τα θέµατα εφαρµογών (τους host), ολόκληρη η σχεδίαση δικτύου απλοποιείται πάρα πολύ. Στα περισσότερα δίκτυα ευρείας περιοχής το υποδίκτυο αποτελείται από δύο διακεκριµένα στοιχεία: τις γραµµές µετάδοσης (transmission lines) και τα στοιχεία µεταγωγής (switching elements). Οι γραµµές µετάδοσης (που επίσης ονοµάζονται κυκλώµατα, κανάλια, ή ζεύξεις) (circuits, channels, or trunks), µετακινούν bits ανάµεσα στα διάφορα µηχανήµατα. Τα στοιχεία µεταγωγής είναι ειδικοί υπολογιστές που χρησιµοποιούνται για τη σύνδεση δύο ή περισσοτέρων γραµµών µετάδοσης. Όταν τα δεδοµένα φτάνουν σε µια εισερχόµενη γραµµή, το στοιχείο µεταγωγής θα πρέπει να διαλέξει µια εξερχόµενη γραµµή για να τα µεταδώσει παραπέρα. Ακολουθώντας ξανά την πρωτότυπη ορολογία του ARPANET, θα ονοµάσουµε τα στοιχεία µεταγωγής IMPs (interface Message Processors Επεξεργαστές Μηνυµάτων ∆ιασύνδεσης) καθ' όλη τη διάρκεια αυτού του βιβλίου αν και οι όροι κόµβος µεταγωγής πακέτων (packet’s switch node) ενδιάµεσο σύστηµα (intermediate system) και κέντρο µεταγωγής δεδοµένων (data switching exchange), επίσης χρησιµοποιούνται ευρύτατα. ∆υστυχώς δεν υπάρχει οµοφωνία σ' αυτή την ορολογία. Ο κάθε συγγραφέας, για το ίδιο θέµα, φαίνεται να 15

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ χρησιµοποιεί ένα διαφορετικό όνοµα. Ο όρος ''ΙΜΡ'' είναι ίσως τόσο καλός, όσο και οι άλλοι. Σ' αυτό το µοντέλο που φαίνεται στο Σχ. 1-2, ο κάθε host συνδέεται µε έναν (ή περιστασιακά µε πολλούς) IMP. Όλη η κυκλοφορία προς ή από το host πηγαίνει µέσω του ΙΜΡ του. Γενικά υπάρχουν δύο κατηγορίες υποδικτύων επικοινωνίας: 1. Με κανάλια από σηµείο σε σηµείο (point-to-point channels) 2. Με κανάλια εκποµπής (broadcast channels)

Σχ. 2-2. Σχέση µεταξύ hosts και τον υποδικτύων

Όταν ένα µήνυµα (στο περιβάλλον του υποδικτύου συνήθως ονοµάζεται πακέτο (packet), στέλνεται από έναν ΙΜΡ σ' έναν άλλο µέσω ενός ή περισσοτέρων ενδιάµεσων IMPs, το µήνυµα λαµβάνεται σε κάθε ενδιάµεσο ΙΜΡ σε όλη του την έκταση, αποθηκεύεται εκεί, έως ότου η επιθυµητή γραµµή εξόδου είναι ελεύθερη, και µετά προωθείται. Το υποδίκτυο που χρησιµοποιεί αυτή τη µέθοδο ονοµάζεται από σηµείο σε σηµείο, (point-to-point) αποθήκευσης και πρoώθησης ή µεταγωγής πακέτων (store-and forward ή packet-switched) υποδίκτυο. Σχεδόν όλα τα δίκτυα ευρείας περιοχής, έχουν υποδίκτυα αποθήκευσης και προώθησης. Όταν χρησιµοποιείται ένα υποδίκτυο από σηµείο σε σηµείο ένα σηµαντικό θέµα σχεδίασης είναι η τοπολογία της διασύνδεσης των IMPs. Το Σχ. 2-3 δείχνει διάφορες δυνατές τοπολογίες. Τοπικά δίκτυα, τα οποία έχουν σχεδιασθεί µ' αυτόν τον τρόπο, συνήθως έχουν µια συµµετρική τοπολογία. Αντίθετα τα δίκτυα ευρείας περιοχής, συνήθως έχουν ακανόνιστές τοπολογίες. Το δεύτερο είδος αρχιτεκτονικής επικοινωνιών χρησιµοποιεί την εκποµπή (broadcasting). Τα περισσότερα τοπικά δίκτυα κι ένας µικρός αριθµός δικτύων ευρείας περιοχής είναι αυτού του είδους. Σε ένα τοπικό δίκτυο, το ΙΜΡ µειώνεται και καταλήγει σ' ένα και µοναδικό chip ενσωµατωµένο µέσα στο host, έτσι ώστε πάντοτε να υπάρχει ένας host για κάθε ΙΜΡ, σε αντίθεση µε το δίκτυο ευρείας περιοχής, όπου µπορεί να αντιστοιχούν σε κάθε ΙΜΡ πολλοί hosts. Τα συστήµατα εκποµπής έχουν ένα µόνο κανάλι επικοινωνίας, το οποίο το µοιράζονται όλα τα µηχανήµατα που είναι συνδεδεµένα στο δίκτυο. Πακέτα που στέλνονται από οποιονδήποτε υπολογιστή, λαµβάνονται απ' όλους τους υπολοίπους. Ένα πεδίο διεύθυνσης στο πακέτο, καθορίζει σε ποιόν αυτό απευθύνεται. Με τη λήψη ενός πακέτου, η µηχανή ελέγχει το πεδίο διεύθυνσης. Εάν το πακέτο προορίζεται για κάποιο άλλο µηχάνηµα, απλώς αγνοείται. Ως ανάλογο παράδειγµα, θεωρείστε κάποιον ο οποίος στέκεται στο τέλος ενός διαδρόµου µε πολλά δωµάτια και φωνάζει κραυγάζοντας "Watson, έλα εδώ. Σε θέλω". Αν και το µήνυµα στην πραγµατικότητα λήφθηκε (ακούστηκε) από πολλούς ανθρώπους, µόνον ο Watson απαντά.

16


α

β

γ

δ

ε

στ

Σχ. 2-3. Μερικές δυνατές τοπολογίες για ένα από σηµείο σε σηµείο (point to point) υποδίκτυο. (α) Αστέρας. (β) ∆ακτύλιος. (γ) ∆έντρο. (δ) Πλήρης. (ε) ∆ιασταυρούµενοι δακτύλιοι. (στ) Ακανόνιστο.

Οι υπόλοιποι απλώς το αγνοούν. Γενικά τα συστήµατα εκποµπής επιτρέπουν τη δυνατότητα διευθυνσιοδότησης ενός πακέτου προς όλους τους προορισµούς, χρησιµοποιώντας έναν ειδικό κώδικα στο πεδίο διεύθυνσης. Όταν εκπέµπεται ένα πακέτο µε αυτόν τον κώδικα, λαµβάνεται και επεξεργάζεται απ' όλες τις µηχανές του δικτύου. Μερικά συστήµατα εκποµπής επίσης υποστηρίζουν µετάδοση σε ένα υποσύνολο των µηχανηµάτων, κάτι που είναι γνωστό ως πολλαπλή αποστολή (multicasting). Ένα κοινό σχήµα είναι να έχουµε όλες τις διευθύνσεις µε το περισσότερο σηµαντικό bit στην τιµή 1 να είναι δεσµευµένες για πολλαπλή αποστολή. Τα υπόλοιπα π- bits διεύθυνσης δηµιουργούν ένα χάρτη µε bits που αντιστοιχεί σε π- οµάδες. Κάθε µηχανή µπορεί να "εγγραφεί" σε οποιαδήποτε ή όλες τις ποµάδες. Εάν ένα πακέτο µε τα bits Χ,Υ,Ζ στην τιµή 1 µεταδοθεί, γίνεται αποδεκτό από όλες τις µηχανές που είναι γραµµένες σε µία ή περισσότερες από αυτές τις τρεις οµάδες. Το Σχ. 2-4 δείχνει µερικές δυνατότητες για τα υποδίκτυα εκποµπής. Σε ένα δίκτυο αρτηρίας (bus) ή καλωδιακό δίκτυο, (cable network), ανά πάσα στιγµή µια µηχανή είναι ο κύριος (master), και επιτρέπεται να µεταδίδει. Όλες οι υπόλοιπες µηχανές απαιτείται να αποφεύγουν να στέλνουν. Ένας µηχανισµός διαιτησίας χρειάζεται για να επιλυθεί η διαµάχη, όταν δύο ή περισσότερα µηχανήµατα θέλουν να εκπέµψουν την ίδια χρονική στιγµή.

17


α

β

γ

Σχ. 2-4. Υποδίκτυα επικοινωνιών τα οποία χρησιµοποιούν εκποµπή. (α) ∆ίαυλος (bus). (β) ∆ορυφορική µετάδοση ή ραδιοµετάδοση. (γ) ∆ακτύλιος

Ο µηχανισµός της διαιτησίας µπορεί να είναι συγκεντρωτικός ή κατανεµηµένος. Μια δεύτερη δυνατότητα είναι ένα δορυφορικό ή ένα επίγειο σύστηµα ραδιοµετάδοσης. Κάθε ΙΜΡ έχει µια κεραία µέσω της οποίας µπορεί να στέλνει και να λαµβάνει. Όλα τα IMPs µπορούν ν' ακούνε την έξοδο από τον δορυφόρο, και σε µερικές περιπτώσεις, µπορούν επίσης να ακούν τις προς τα επάνω µεταδόσεις των άλλων IMPs προς τον δορυφόρο. Το τρίτο σύστηµα εκποµπής είναι ο δακτύλιος (ring). Σ' έναν δακτύλιο, κάθε bit διαδίδεται µόνο του χωρίς να περιµένει το υπόλοιπο πακέτο στο οποίο ανήκει. Τυπικά κάθε bit κάνει το γύρο ολόκληρου του δακτυλίου, στο χρόνο που χρειάζεται για να µεταδοθούν µερικά bits, συχνά πριν µεταδοθεί ολόκληρο το πακέτο. Όπως και στα άλλα συστήµατα εκποµπών, έτσι κι εδώ απαιτούνται ορισµένοι κανόνες για τον διακανονισµό των ταυτόχρονων προσπελάσεων στον δακτύλιο. Τα υποδίκτυα εκποµπών µπορούν να διαιρεθούν επιπλέον σε στατικά και δυναµικά, ανάλογα µε την κατανοµή του καναλιού. Μια τυπική στατική κατανοµή θα ήταν η διαίρεση του χρόνου σε διακεκριµένα χρονικά διαστήµατα και η εξυπηρέτηση εκ περιτροπής η οποία επιτρέπει σε κάθε µηχάνηµα να εκπέµπει µόνον όταν έρχεται η ώρα του. Η στατική κατανοµή σπαταλά τη χωρητικότητα του καναλιού όταν ένα µηχάνηµα δεν έχει να στείλει τίποτα στο χρόνο που του αναλογεί κι έτσι µερικά συστήµατα προσπαθούν να κατανείµουν το κανάλι δυναµικά (δηλ. κατ' απαίτηση). Οι µέθοδοι δυναµικής κατανοµής για ένα κοινό κανάλι είναι είτε συγκεντρωτικοί είτε αποκεντρωµένοι. Στη µέθοδο της συγκεντρωτικής κατανοµής, υπάρχει µια οντότητα, για παράδειγµα µια µονάδα διαιτησίας της αρτηρίας, η οποία αποφασίζει ποιος ακολουθεί µετά. Αυτό µπορεί να το κάνει, αποδεχόµενη αιτήσεις και λαµβάνοντας αποφάσεις, σύµφωνα µε µερικούς εσωτερικούς αλγορίθµους. Στην αποκεντρωµένη µέθοδο κατανοµής καναλιού, δεν υπάρχει κεντρική οντότητα. Κάθε µηχανή πρέπει να αποφασίσει µόνη της, εάν θα πρέπει να µεταδώσει ή όχι. Πιθανόν να σκεφθείτε ότι αυτό οδηγεί πάντοτε στο χάος, αλλά δεν είναι έτσι. Αργότερα θα εξετάσουµε πολλούς αλγορίθµους οι οποίοι έχουν σχεδιασθεί για να φέρνουν τάξη στο πιθανό χάος.

2.2.1 ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ Αφού µιλήσαµε για τις δοµές δικτύων κάπως γενικά, τώρα θα µιλήσουµε για τις τοπολογίες δικτύων πιο εκτεταµένα. Πιο συγκεκριµένα θα µιλήσουµε για τις τοπολογίες διαύλου, δέντρου, δακτυλίου και άστρου οι οποίες εντάσσονται στις τοπολογίες των ενσύρµατων τοπικών δικτύων, καθώς επίσης θα περιγράψουµε και τα ασύρµατα τοπικά δίκτυα. 18


2.2.1.1 ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ΕΝΣΥΡΜΑΤΩΝ ΤΟΠΙΚΩΝ ∆ΙΚΤΥΩΝ Οι βασικές τοπολογίες των ενσύρµατων τοπικών δικτύων είναι ο δίαυλος, ο δακτύλιος, και το άστρο (ή αστέρα). Υπάρχουν όµως και τοπολογίες που προκύπτουν από τροποποίηση, επέκταση ή συνδυασµό των προηγούµενων τοπολογιών, όπως είναι για παράδειγµα η τοπολογία του διπλού δακτυλίου (επέκταση του δακτυλίου), του δένδρου (τροποποίηση του διαύλου), του άστρου – δακτυλίου (συνδυασµός των δύο τοπολογιών), καθώς και πιο πολύπλοκες τοπολογίες (δικτυωτά), οι οποίες δεν εντάσσονται σε κάποια από τις παραπάνω κατηγόριες και αφορούν κυρίως περιπτώσεις δικτύων ευρείας περιοχής, και τις οποίες όµως δεν θα αναλύσουµε. 2.2.1.1.1 ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ∆ΙΑΥΛΟΥ Με την τοπολογία αυτή όλοι οι κόµβοι του δικτύου συνδέονται άµεσα – χωρίς την µεσολάβηση άλλων διατάξεων – διαµέσου του κατάλληλου προσαρµοστικού υλικού (συνδετήρες, βύσµατα, τερµατισµοί κτλ.) σε µία κοινή γραµµή επικοινωνίας που λέγεται δίαυλος (bus). Τα πακέτα µεταδίδονται σε όλο το µήκος του φυσικού µέσου και µπορεί να παραλειφθούν από όλους τους άλλους κόµβους (σχ. 2-5).

σχ. 2-5 τοπολογία διαύλου

Κάθε κόµβος βλέπει το µήνυµα, ελέγχει τη διεύθυνση του παραλήπτη και, αν τον αφορά, το αντιγράφει. Επειδή οι κόµβοι που βρίσκονται κοντά σε αυτόν που εκπέµπει λαµβάνουν ισχυρότερο σήµα από αυτούς που βρίσκονται µακρύτερα, τίθενται περιορισµοί που αφορούν το υλικό του καλωδιακού µέσου, το µήκος του, τον αριθµό των συνδεδεµένων κόµβων και τα προσαρµοστικά υλικά που χρησιµοποιούνται στις συνδέσεις, ώστε να µην αποδυναµώνεται η ισχύς των σηµάτων. Τα δίκτυα δίαυλου δεν παρουσιάζουν κατασκευαστική πολυπλοκότιτα και µπορούν εύκολα να αναδιαταχθούν ή να επεκταθούν προσθέτοντας ή αφαιρώντας διατάξεις. Επίσης βλάβη σε κάποιον κόµβο δεν επηρεάζει το δίκτυο, αφού αυτός µπορεί εύκολα να αποµονωθεί. Τα δίκτυα διαύλου αποτελούν καλή επιλογή, όταν: 1. ο αριθµός των κόµβων που είναι συνδεδεµένοι στο δίκτυο είναι µικρός 2. η κυκλοφορία είναι µικρή ενώ αποτελούν κακή επιλογή παρουσιάζοντας χαµηλή απόδοση, όταν: 1. ο αριθµός των κόµβων που είναι συνδεδεµένοι στο δίκτυο είναι µεγάλος 2. η κυκλοφορία είναι µεγάλη

19

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ 2.2.1.1.2 ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ∆ΕΝΤΡΟΥ Η τοπολογία δέντρου αποτελεί τροποποίηση της τοπολογίας διαύλου. Το διάγραµµα της µοιάζει µε αυτό του ανεστραµµένου δέντρου, στο οποίο τόσο ο κορµός, όσο και τα κλαδιά του αποτελούνται από δίκτυα διαύλου (σχ. 2-6).

σχ. 2-6 τοπολογία δέντρου

Στην τοπολογία δέντρου, το µέσο µετάδοσης είναι ένα διακλαδιζόµενο καλώδιο χωρίς κλειστούς βρόγχους το οποίο ξεκινά από έναν κόµβο που ονοµάζεται κεφαλή ή ρίζα. Η ρίζα µεταδίδει στο δίκτυο το σήµα το οποίο λαµβάνει από κάθε κόµβο που εκπέµπει, µε αποτέλεσµα ο δίαυλος που περνά από την ρίζα να έχει συνήθως και µεγάλο φόρτο κίνησης. Κάθε δίαυλος που περνά από την ρίζα, µπορεί να έχει διακλαδώσεις, οι οποίες µπορούν µε την σειρά τους να έχουν άλλες διακλαδώσεις, δηµιουργώντας µ’ αυτόν τον τρόπο πολύπλοκα σχεδιαγράµµατα. Η τοπολογία δέντρου παρουσιάζει ίδια πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα µε την τοπολογία διαύλου, αφού αποτελεί παράγωγο της, προκαλώντας παρόµοια κυκλοφοριακή συµπεριφορά. Πρόσθετα όµως µειονεκτήµατα αποτελούν η κατασκευαστική πολυπλοκότητα, καθώς και ο καθοριστικός ρόλος της ρίζας στη µετάδοση, αφού σε περίπτωση βλάβης της προκαλείται κατάρρευση ολόκληρου του τµήµατος του δικτύου που ελέγχει. Η τοπολογία δακτυλίου αποτελεί καλή επιλογή, όταν: 1. Απαιτείται ισοκατανοµή της χωρητικότητας στους κόµβους του δικτύου. 2. Υπάρχει σε µικρές αποστάσεις µικρός αριθµός κόµβων οι οποίοι απαιτούν υψηλούς ρυθµούς µετάδοσης. 2.2.1.1.3 Τοπολογία δακτυλίου Στην τοπολογία δακτυλίου το δίκτυο αποτελείται από ένα σύνολο διαδοχικών κόµβων µε συνδέσεις σηµείου προς σηµείο, ώστε να σχηµατίζεται ένας κλειστός βρόχος (σχήµα 2.7α). Κάθε κόµβος συνδέεται στο δίκτυο διαµέσου µιας διάταξης που λέγεται αναµεταδότης. Η διάταξη αυτή έχει στόχο την ενίσχυση του σήµατος και την αποστολή του στον κόµβο µε τον οποίο είναι συνδεδεµένη. Οι συνδέσεις είναι µιας κατεύθυνσης, δηλαδή η ροή των πληροφοριών έχει την ίδια πάντα φόρο επάνω στο δακτύλιο (είτε αυτήν των δεικτών του ρολογιού είτε την αντίστροφη). Τα πακέτα µεταδίδονται από κόµβο σε κόµβο χωρίς ιδιαίτερη

20

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ καθυστέρηση και χωρίς επιβάρυνση του δικτύου µε πληροφορίες δροµολόγησης (όπως η διεύθυνση του παραλήπτη). Κάθε κόµβος που βλέπει το µήνυµα ελέγχει τη διεύθυνση του παραλήπτη και, αν τον αφορά, το αντιγράφει. Από τη στιγµή που πολλοί κόµβοι µοιράζονται το ίδιο µέσο µετάδοσης, απαιτείται έλεγχος προκειµένου να καθοριστεί πότε κόθε σταθµός µπορεί να µεταδώσει πακέτα. Ο έλεγχος αυτός µπορεί να είναι κεντρικός ή κατανεµηµένος. Καταστροφή ενός κόµβου δε σηµαίνει απαραίτητα και διακοπή της κυκλοφορίας, αφού υπάρχουν µέθοδοι αποµόνωσής του.

(β) (α) Σχ. 2-7 τοπολογία απλού (α) και διπλού (β) δακτυλίου.

Η τοπολογία δακτυλίου αποτελεί καλή επιλογή, όταν: 1. Απαιτείται ισοκατανοµή της χωρητικότητας στους κόµβους του δικτύου. 2. Υπάρχει σε µικρές αποστάσεις µικρός αριθµός κόµβων οι οποίοι απαιτούν υψηλούς ρυθµούς µετάδοσης. 3. Κάθε κόµβος πρέπει να µεταδώσει οπωσδήποτε πριν από κάποιο συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα. Τα δίκτυα δακτυλίου παρουσιάζουν: 1. Σηµαντική µέση καθυστέρηση µετάδοσης, ακόµη και στην περίπτωση µικρών φορτίων κίνησης. 2. Μη αναλογική µε το φορτίο αύξηση της µέσης καθυστέρησης µετάδοσης. 3. Σταθερή χρησιµοποίηση του καναλιού κάτω από µεγάλα φορτία κίνησης. Επέκταση της τοπολογίας του δακτυλίου αποτελεί ο διπλός δακτύλιος (σχήµα 7.8 β), µε αντίθετες κατευθύνσεις µετάδοσης σε κάθε δακτύλιο που χρησιµοποιείται στα δίκτυα υψηλών επιδόσεων. 2.2.1.1.Τοπολογία άστρου Στην τοπολογία άστρου κάθε κόµβος συνδέεται άµεσα µε έναν κεντρικό σταθµό εξυπηρέτησης διαµέσου δύο συνδέσεων σηµείου προς σηµείο, µίας ανά κατεύθυνση µετάδοσης (σχήµα 7.9). Η τοπολογία αυτή έχει όλα τα χαρακτηριστικά της τοπολογίας διαύλου, επειδή η µετάδοση κάποιου κόµβου γνωστοποιείται σε όλους τους άλλους κόµβους και επειδή µόνο ένας κόµβος µπορεί να µεταδώσει επιτυχηµένα κάθε χρονική στιγµή. Τα µηνύµατα των κόµβων µεταδίδονται στον κεντρικό κόµβο, ο οποίος ενεργεί ανάλογα µε τη µορφή ελέγχου που ασκείται. Υπάρχουν τρεις µορφές ελέγχου που µπορούν. να υλοποιηθούν σε µια τοπολογία άστρου. Στην πρώτη µορφή ο κεντρικός κόµβος είναι υπεύθυνος για όλες

21

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ τις διαδικασίες δροµολόγησης των µηνυµάτων. Τα µηνύµατα που φθάνουν στον κεντρικό κόµβο υφίστανται επεξεργασία και αποστέλλονται σε κάποιον από τους κόµβους προκειµένου να σταλούν στον παραλήπτη. Στη δεύτερη περίπτωση ο έλεγχος ασκείται από κάποιον περιφερειακό κόµβο, ενώ ο κεντρικός κόµβος λειτουργεί σαν διακόπτης µεταγωγής (επαναλήπτης), που εγκαθιστά συνδέσεις µεταξύ των κόµβων, αποστέλλοντας τα µηνύµατα σε όλους τους κόµβους. Στην τρίτη περίπτωση ο έλεγχος είναι ισοκατανεµηµένος στους κόµβους, ενώ ο κεντρικός κόµβος είναι υπεύθυνος για τη δροµολόγηση και την αποφυγή των συγκρούσεων.

Σχ. 2-8 Η τοπολογία άστρου

Η τοπολογία άστρου αποτελεί καλή επιλογή, όταν: 1. Απαιτούνται ολοκληρωµένες υπηρεσίες φωνής - δεδοµένων. 2. Απαιτούνται υψηλοί ρυθµοί µετάδοσης. Η υλοποίηση των δικτύων άστρου είναι πολύπλοκη, αφού ορισµένοι κόµβοι µπορεί να είναι απλές περιφερειακές µονάδες και άλλοι να ασκούν έλεγχο. Σε περίπτωση κεντρικού ελέγχου ο κεντρικός κόµβος λειτουργεί παρόµοια µε ένα ιδιωτικό κέντρο µεταγωγής, όπως αυτά που χρησιµοποιούνται στην τηλεφωνία. Πολλά χαρακτηριστικά του δικτύου εξαρτώνται από τις δυνατότητες του κεντρικού κόµβου. Τέτοια χαρακτηριστικά είναι η χωρητικότητα του δικτύου, η δυνατότητα επέκτασή ς του όσον αφορά τον αριθµό των κόµβων που µπορεί να υποστηρίξει, ο ρυθµός µεταφοράς των γραµµών επικοινωνίας, η αξιοπιστία του κτλ.

2.3 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ Τα µοντέρνα δίκτυα υπολογιστών έχουν σχεδιαστεί µ' έναν υψηλό βαθµό δόµησης. Στις επόµενες ενότητες θα εξετάσουµε αυτή την τεχνική δόµησης σε κάθε λεπτοµέρεια.

2.3.1 ΙΕΡΑΡΧΙΕΣ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ Για να ελαττώσουν την πολυπλοκότητα της σχεδίασης τα περισσότερα δίκτυα έχουν οργανωθεί σε σειρές από στρώµατα ή επίπεδα (layers ή levels), που το καθένα χτίζεται πάνω στο προηγούµενό του. Ο αριθµός των επιπέδων, τα ονόµατά τους, τα περιεχόµενά τους, και η λειτουργία του καθενός διαφέρουν από δίκτυο σε 22

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ δίκτυο. Ωστόσο, σε όλα τα δίκτυα ο σκοπός κάθε επιπέδου είναι να προσφέρει συγκεκριµένες υπηρεσίες στα υψηλότερα επίπεδα, αποµονώνοντας αυτά τα επίπεδα από τις λεπτοµέρειες σχετικά µε το πώς πραγµατικά υλοποιούνται οι παρεχόµενες υπηρεσίες. Το επίπεδο n µιας µηχανής επικοινωνεί µε το επίπεδο n µιας άλλης µηχανής. Οι κανόνες και οι συνθήκες που χρησιµοποιούνται σ' αυτή την επικοινωνία είναι γνωστές ως το πρωτόκολλο του επιπέδου n (layer n protocol), όπως φαίνεται στο Σχ. 2-5 για ένα δίκτυο εφτά επιπέδων. Οι οντότητες που περιλαµβάνονται στα αντίστοιχα επίπεδα σε διαφορετικά µηχανήµατα ονοµάζονται οµότιµες διεργασίες (peer processes). Με άλλα λόγια, οι οµότιµες διεργασίες είναι αυτές που επικοινωνούν χρησιµοποιώντας το πρωτόκολλο.

Σχ. 2-9 Επίπεδα, πρωτόκολλα και διασυνδέσεις.

Στην πραγµατικότητα, δεν µεταφέρονται απευθείας δεδοµένα από το επίπεδο n ενός µηχανήµατος στο επίπεδο n ενός άλλου. Αντίθετα, κάθε επίπεδο περνάει δεδοµένα και πληροφορίες ελέγχου στο επίπεδο που βρίσκεται αµέσως κάτω απ' αυτό, µέχρις ότου αυτά φτάσουν στο κατώτατο επίπεδο. Κάτω από το επίπεδο 1 είναι το φυσικό µέσο (physical medium) µέσω του οποίου γίνεται η πραγµατική επικοινωνία. Στο Σχ. 2-9, φαίνεται η νοητή επικοινωνία µε διακεκοµµένες γραµµές, και η φυσική επικοινωνία µε συνεχόµενες. Ανάµεσα σε κάθε ζεύγος γειτονικών επιπέδων υπάρχει µια διασύνδεση (interface). Η διασύνδεση καθορίζει ποιες πρωτογενείς λειτουργίες και υπηρεσίες προσφέρει ένα επίπεδο στο επίπεδο πάνω απ' αυτό. Όταν οι σχεδιαστές δικτύων αποφασίζουν τον αριθµό των επιπέδων που θα συµπεριλάβουν σε ένα δίκτυο και τι θα κάνει το καθένα, ένα από τα πιο σηµαντικά θέµατα που εξετάζονται είναι ο 23

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ καθορισµός ξεκάθαρων διασυνδέσεων ανάµεσα στα επίπεδα. Κάνοντας αυτό, στην ουσία το κάθε επίπεδο απαιτείται να εκτελεί ένα συγκεκριµένο σύνολο καλά κατανοητών λειτουργιών. Εκτός από την ελαχιστοποίηση του ποσού της πληροφορίας, που πρέπει να περνιέται µεταξύ των επιπέδων, οι ξεκάθαρες διασυνδέσεις κάνουν απλούστερη την αντικατάσταση της υλοποίησης ενός επιπέδου µε µιαν άλλη εντελώς διαφορετική υλοποίηση (π.χ. όλες οι τηλεφωνικές γραµµές αντικαθίστανται από δορυφορικά κανάλια), επειδή αυτό το οποίο απαιτείται από τη νέα υλοποίηση είναι να προσφέρει ακριβώς το ίδιο σύνολο υπηρεσιών προς το αµέσως ψηλότερο επίπεδο µ' αυτό της παλιάς υλοποίησης. Το σύνολο των επιπέδων και πρωτοκόλλων ονοµάζεται αρχιτεκτονική δικτύου (network architecture). Οι προδιαγραφές της αρχιτεκτονικής θα πρέπει να περιέχουν αρκετές πληροφορίες, ώστε να επιτρέπουν σ' έναν κατασκευαστή να γράψει το πρόγραµµα ή να κατασκευάσει το υλικό κάθε επιπέδου, έτσι ώστε αυτό να υπακούει σωστά στο κατάλληλο πρωτόκολλο. Ούτε οι λεπτοµέρειες της υλοποίησης ούτε οι προδιαγραφές των διασυνδέσεων αποτελούν τµήµα της αρχιτεκτονικής, διότι αυτά είναι κρυµµένα στο εσωτερικό των µηχανηµάτων και δεν είναι ορατά από την εξωτερική πλευρά. Επίσης δεν είναι ούτε καν αναγκαίο οι διασυνδέσεις όλων των µηχανηµάτων ενός δικτύου να είναι οι ίδιες µε την προϋπόθεση ότι κάθε µηχάνηµα µπορεί να χρησιµοποιήσει σωστά όλα τα πρωτόκολλα. Τα αντικείµενα της αρχιτεκτονικής των δικτύων και των πρωτοκόλλων είναι τα κύρια θέµατα µε τα οποία ασχολείται αυτό το βιβλίο. Ένα παράδειγµα θα µπορούσε να βοηθήσει στην εξήγηση της ιδέας της επικοινωνίας πολλών επιπέδων. Φανταστείτε δύο φιλοσόφους (οµότιµες διεργασίες στο επίπεδο 3), ο ένας στην Κένυα και ο άλλος στην Ινδονησία, οι οποίοι θέλουν να επικοινωνήσουν. Εφόσον δεν µιλούν την ίδια γλώσσα, ο καθένας τους προσλαµβάνει από έναν µεταφραστή (οµότιµες διεργασίες στο επίπεδο 2), ο καθένας από τους οποίους τελικά έρχεται σε επαφή µε έναν µηχανικό (οµότιµες διεργασίες στο επίπεδο 1). Ο φιλόσοφος 1 θέλει να µεταβιβάσει τη στοργή του για το oryctolagus cuniculus στον οµότιµό του. Για να γίνει αυτό, στέλνει ένα µήνυµα (σε γλώσσα Swahili) διαµέσου της διασύνδεσης 2/3, στον µεταφραστή του, ο οποίος µπορεί να το αποδώσει ως "Μου αρέσουν τα κουνέλια" ή "J' aime des lapins" ή “I like the rabits", ανάλογα µε το πρωτόκολλο του επιπέδου 2. Ο µεταφραστής κατόπιν δίνει το µήνυµα στο µηχανικό του για µετάδοση µε τηλεγράφηµα, τηλέφωνο, δίκτυο υπολογιστών ή µε κάποιον άλλον τρόπο, ανάλογα µε την προσυνεννόηση που έχουν φτάνει οι µηχανικοί µεταξύ τους (πρωτόκολλο επιπέδου 1). Όταν το µήνυµα φτάνει στον προορισµό του, µεταφράζεται στην Ινδονησιακή γλώσσα και περνιέται διαµέσου της διασύνδεσης 2/3 στον φιλόσοφο 2. Σηµειώστε ότι κάθε πρωτόκολλο είναι τελείως ανεξάρτητο από τα υπόλοιπα, όσο χρόνο δεν αλλάζουν οι διασυνδέσεις. Οι µεταφραστές µπορούν να µεταπηδήσουν από Γαλλικά σε Ολλανδικά κατά τη θέλησή τους, µε την προϋπόθεση να συµφωνήσουν, και κανείς δεν αλλάζει τη διασύνδεσή του ή µε το επίπεδο 1 ή µε το επίπεδο 3. Τώρα δείτε ένα πιο τεχνικό παράδειγµα: Πως να παρέχουµε επικοινωνία στην κορυφή των εφτά επιπέδων του δικτύου του Σχ. 2-10. Ένα µήνυµα, m, δηµιουργείται από µια διεργασία που εκτελείται στο επίπεδο 7. Το µήνυµα µεταφέρεται από το επίπεδο 7 στο επίπεδο 6 σύµφωνα µε τον ορισµό της διασύνδεσης ανάµεσα στα επίπεδα 6 και 7. Στο παράδειγµα αυτό, το επίπεδο 6 µετασχηµατίζει το µήνυµα µε ορισµένους τρόπους (π. χ.. συµπίεση κειµένου) και κατόπιν στέλνει το νέο µήνυµα, Μ, στο επίπεδο 5 διαµέσου της διασύνδεσης των επιπέδων 5 και 6. Το επίπεδο 5, στο παράδειγµα, δεν τροποποιεί το µήνυµα, αλλά απλά ρυθµίζει την κατεύθυνση της ροής (δηλ. εµποδίζει ένα εισερχόµενο µήνυµα από το να διαβαστεί στο επίπεδο 6, όσο

24

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ χρόνο το επίπεδο 6 είναι απασχοληµένο µε τη διαβίβαση µιας σειράς από εξερχόµενα µηνύµατα στο επίπεδο 5).

Σχ. 2-10. Παράδειγµα ροής πληροφοριών που υποστηρίζει νοητή επικοινωνία στο επίπεδο 7.

Σε πολλά δίκτυα δεν υπάρχει όριο στο µέγεθος του µηνύµατος που γίνεται δεκτό από το επίπεδο 4, αλλά υπάρχει ένα όριο που επιβάλλεται από το επίπεδο 3. Συνεπώς, το επίπεδο 4 πρέπει να τεµαχίσει τα εισερχόµενα µηνύµατα σε µικρά κοµµάτια, τοποθετώντας στο καθένα µια επικεφαλίδα (header). Η επικεφαλίδα περιέχει πληροφορίες ελέγχου, όπως αριθµούς διάταξης, ώστε το επίπεδο 4 του µηχανήµατος προορισµού να λάβει πίσω τα κοµµάτια µαζί, και µε τη σωστή σειρά, εάν τα κατώτερα επίπεδα δεν κρατούν τη σειρά. Σε πολλά επίπεδα, οι επικεφαλίδες περιέχουν επίσης µεγέθη, χρόνους, και άλλα πεδία ελέγχου. Το επίπεδο 3 αποφασίζει ποιες εξερχόµενες γραµµές θα χρησιµοποιήσει, επισυνάπτει τις δικές τους επικεφαλίδες και µεταφέρει τα δεδοµένα στο επίπεδο 2. Το επίπεδο 2 δεν προσθέτει µόνο επικεφαλίδα σε κάθε κοµµάτι, αλλά επίσης και µια "ουρά" (trailer), και δίνει το αποτέλεσµα στο επίπεδο 1 για φυσική µετάδοση. Στη µηχανή λήψης το µήνυµα µετακινείται προς τα πάνω, από επίπεδο σε επίπεδο, αναιρώντας τις επικεφαλίδες προοδευτικά. Καµιά από τις επικεφαλίδες που προορίζονται για τα επίπεδα κάτω του n δεν διαβιβάζονται στο επίπεδο Ω. Αυτό που είναι σοβαρό και πρέπει ν' αντιληφθεί κάποιος στο Σχ. 2-10, είναι η σχέση ανάµεσα στη νοητή και την πραγµατική επικοινωνία και η διαφορά ανάµεσα στα πρωτόκολλα και τις διασυνδέσεις. Οι οµότιµες διεργασίες στο επίπεδο 4, για παράδειγµα, θεωρητικά νοµίζουν ότι η επικοινωνία τους είναι 'Όριζ6ντια" χρησιµοποιώντας το πρωτόκολλο του επιπέδου 4. Η καθεµιά πιθανώς να έχει µια διαδικασία (procedure) που ονοµάζεται Send Το Other Side και µια διαδικασία Get From Other Side, αν και αυτές οι διαδικασίες στην πραγµατικότητα επικοινωνούν µε κατώτερα επίπεδα διαµέσου της διασύνδεσης 3/4, και όχι µε την άλλη πλευρά. Η αφηρηµένη έννοια των διεργασιών είναι βασική σε όλους τους σχεδιασµούς δικτύων. Χωρίς αυτή την τεχνική των αφηρηµένων εννοιών, θα ήταν δύσκολη, εάν όχι αδύνατη, η διαίρεση της σχεδίασης ολόκληρου του δικτύου, ενός µη διαχειρίσιµου προβλήµατος, σε πολλά µικρότερα διαχειρίσιµα προβλήµατα σχεδίασης, δηλαδή τη σχεδίαση ανεξάρτητων επιπέδων.

25


2.3.2 ΑΛΛΟΙ ΤΥΠΟΙ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ Αν και σε αυτή την εργασία θα ασχοληθούµε ως επί το πλείστων µε το µοντέλο αναφοράς, ή πρωτόκολλο για κάποιους, OSI, υπάρχουν και άλλα τέτοια µοντέλα. Αυτά είναι το SNA, το Netware, το AppleTalk και το DNA. 2.3.2.1 SNA Η αρχιτεκτονική SNA (System Network Architecture) αναπτύχθηκε στα µέσα της δεκαετίας του 1970 από την IBM, µε σκοπό να εξυπηρετήσει τις επικοινωνίες µεταξύ υπολογιστών - σταθµών εξυπηρέτησης' και υπολογιστών - τερµατικών ,σύµφωνα µε το σχήµα πελάτης εξυπηρέτηση. Έκτοτε βελτιώθηκε, έτσι ώστε να καλύπτει και τις ανάγκες των οµότιµων. Η αρχιτεκτονική SΝΑ οργανώθηκε σε επτά επίπεδα και αποτέλεσε, όπως θα δούµε αργότερα αναλυτικά, το πρότυπο επάνω στo οποίο στηρίχθηκε και η αρχιτεκτονική OSI (Open System Interconnection) του ISO (international Standards Organization). Οι ονοµασίες και οι λειτουργίες των 7 επιπέδων φαίνονται στον πίνακα 2.1 Επίπεδο 7 6 5 4 3

2 1

Ονοµασία

Λειτουργίες

Υπηρεσίες στοιχείων δικτύου Υπηρεσίες διαχείρισης δεδοµένων

Το επίπεδο εφαρµογών του χρήστη ∆ιαχείριση των δεδοµένων, κωδικοποίηση - αποκωδικοποίηση των δεδοµένων, προετοιµασία των δεδοµένων για εκποµπή Οργάνωση και ταξινόµηση των δεδοµένων για εκποµπή Έλεγχος των κανόνων επικοινωνίας

Έλεγχος ροής Έλεγχος µετάδοσης Έλεγχος σύνδεσης

Καθαρισµός της διαδροµής που θα ακολουθήσουν τα δεδοµένα, έλεγχος, ρύθµιση του ελέγχου ροής των δεδοµένων µέσα στο δίκτυο, κατάτµηση - επανασυγκόλληση των δεδοµένων Έλεγχος ζεύξης Αναγνώριση σφαλµάτων, διόρθωση σφαλµάτων Φυσικό επίπεδο Έλεγχος της µετάδοσης των δυαδικών ψηφίων σε ένα κανάλι επικοινωνίας, µε σκοπό τη διασφάλιση της σωστής µετάδοσης Πίνακας 2.1: Η αρχιτεκτονική SNA και οι λειτουργίες των επιπέδων της

2.3.2.2 NetWare

Η αρχιτεκτονική NetWare αναπτύχθηκε από τη Novel Corporation και στα τέλη της δεκαετίας του 1980 - αρχές της δεκαετίας του 1990 υπήρξε η πιο δηµοφιλής αρχιτεκτονική τοπικών δικτύων. Σχεδιάστηκε µε σκοπό να αντικαταστήσει τα µεγάλα συστήµατα κατανεµηµένης επεξεργασίας των οργανισµών µε δίκτυα ηλεκτρονικών υπολογιστών. Για το λόγο αυτό κάποιοι ισχυρότεροι ηλεκτρονικοί υπολογιστές, που έχουν το ρόλο των σταθµών εξυπηρετήσεις, παρέχουν ποικίλες υπηρεσίες σε ηλεκτρονικoύς υπολογιστές - πελάτες, όπως υπηρεσίες αρχείων, υπηρεσίες βάσεων δεδοµένων κτλ Η αρχιτεκτοvική ΝetWare οργανώθηκε σε πέντε επίπεδα, για να καλύψει τις ανάγκες επικοινωνίας των υπολογιστών που συνδέονται σε ένα τοπικό δίκτυο. Συγκρίνοντας την αρχιτεκτονική NetWare µε το µοντέλο αναφoράς OSI και το µοντέλο αναφοράς TCP/IP, τις δύο σηµαντικότερες αρχιτεκτονικές που θα µελετηθούν αναλυτικά σε παρακάτω κεφάλαια, παρατηρεί µια οµοιότητα του µοντέλου NetWare µε το µοντέλο αναφοράς TCP/IP, τουλάχιστον όσον αφορά το πλήθος των επιπέδων. Πρέπει επίσης να σηµειωθεί ότι το µοντέλο αναφοράς ΝetWare προηγείται χρονικά του OSI και προφανώς δε στηρίζεται σ' αυτό, όπως άλλα µεταγενέστερα µοντέλα αναφoράς Η ονοµασία των 5 επιπέδων, καθώς και οι 26

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ λειτουργίες κάθε επιπέδου περιγράφονται στον πίνακα 2.2. Επίπεδο

5 4 3

2 1

Ονοµασία Επίπεδο εφαρµογής Επίπεδο µεταφοράς Επίπεδο δικτύου

Πρωτόκολλα του επιπέδου SAP, File Server

Λειτουργίες Το επίπεδο εφαρµογών του χρήστη

NCP, SPX IΡΧ

Επίπεδο γραµµής δεδοµένων Φυσικό επίπεδο

Ethernet, ARCnet Ethernet, ARCnet

Έλεγχος των κανόνων επικοινωνίας Μεταφορά των δεδοµένων από τον αποστολέα στον αποδέκτη, ακόµα και αν βρίσκονται σε διαφορετικά δίκτυα. Έχει την ίδια λειτουργικότητα µε το ΙΡ, αλλά διαφέρει ως προς το µήκος της διεύθυνσης. Αναγνώριση σφαλµάτων, διόρθωση σφαλµάτων 'Έλεγχος της µετάδοσης των δυαδικών ψηφίων σε ένα κανάλι επικοινωνίας, µε σκοπό τη διασφάλιση της σωστής µετάδοσης

Token

Ring,

Token

Ring,

Πίνακας 2.2: Η αρχιτεκτονική NetWαre, τα πρωτόκολλα και οι λειτουργίες των επιπέδων της 2.3.2.3 AppleTalk

Η αρχιτεκτονική AppleTalk αναπτύχθηκε από την εταιρεία ΑΡΡLE. Σύµφωνα µε τη φιλοσοφία των ανοικτών συστηµάτων, που θέλεί τους υπολογιστές να επικοινωνούν µεταξύ τους ανεξάρτητα από το λειτουργικό τους σύστηµα και τη στοίβα πρωτοκόλλων που χρησιµοποιούν, η αρχιτεκτονική AppleTalk έχει σκοπό τη διασύνδεση των υπολογιστών της Macintosh τόσο µεταξύ τους όσο και µε τα δίκτυα άλλων κατασκευαστών. H Apple, στα πρότυπα του µοντέλου επιπέδων, ανέπτυξε το µοντέλο αναφοράς AppleTalk, το οποίο οργανώθηκε σε έξι επίπεδα. Η ονοµασία των 6 επιπέδων και οι λειτουργίες κάθε επιπέδου περιγράφονται στον πίνακα 2.3. Επίπεδο Πρωτόκολλα του επιπέδου Ονοµασία Λειτουργίες 6

Επίπεδο εφαρµογής

AFP, Postscript

Το επίπεδο εφαρµογών του χρήστη

5

Επίπεδο συνόδου

ADSP, ΖΙΡ, ASP, ΡΑΡ

Χορήγηση δικαιώµατος στους χρήστες διαφορετικών µηχανηµάτων να δηµιουργούν συνόδους µεταξύ τους

4

Επίπεδο µεταφοράς

ΑΤΜΡ, ΑΕΡ, ΑΤΡ, ΝΒΡ

Έλεγχος των κανόνων επικοινωνίας

3 2 1

Ορθή µεταφορά των δεδοµένων από το ποµπό στο δέκτη Επίπεδο γραµµής Αναγνώριση σφαλµάτων, διόρθωση ΕLAP, TLAP, LLAP δεδοµένων σφαλµάτων Έλεγχος της µετάδοσης των δυαδικών ψηφίων Φυσικό επίπεδο ΙΕΕΕ LANs, LocalTalk σε ένα κανάλι επικοινωνίας, µε σκοπό τη διασφάλιση της σωστής µετάδοσης Πίνακας 2.3: Η αρχιτεκτονική AppleTalk, τα πρωτόκολλα και οι λειτουργίες των επιπέδων της Επίπεδο δικτύου

DDΡ

2.3.2.4 DNA DECnet (Digital Equipment Corporation NETwork) είναι το όνοµα των δικτύου της οµώνυµης εταιρείας κατασκευής τους και DNA είναι το µοντέλο αναφορά που χρησιµοποιούντα εν λόγω δίκτυα, για να επικοινωνήσουν. Η λειτουργία

27

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ του µοντέλου βασίζεται σε ένα σύστηµα επτά επιπέδων κατά το πρότυπο του OSI. Η αρχιτεκτονική DΝΑ είναι από τις τελευταίες που αναπτύχθηκε Είναι ένα εξελίξιµο µοντέλο και έχει εµφανιστεί ως τώρα σε διάφορες εκδόσεις. Η έκδοση δικτύου DNA οργανώθηκε σε επτά επίπεδα, ενώ η έκδοση V έχει πλήρως υιοθετήσει το µοντέλο αναφοράς OSI, το οποίο θα εξετάσουµε σε επόµενη ενότητα. Η ονοµασία των 7 επιπέδων καθώς και οι λειτουργίες κάθε επιπέδου περιγράφονται στον πίνακα 2.4. Επίπεδο Ονοµασία Λειτουργίες Το επίπεδο εφαρµογών του χρήστη, διαχείριση των λειτουργιών του δικτύου ∆ιαχείριση και υποστήριξη των εφαρµογών του δικτύου, όπως µεταφορά και πρόσβαση αρχείων, πρόσβαση σε από µακρυσµένο υπολογιστή κτλ. Αντιστοίχιση ανάµεσα σε λογικά ονόµατα και φυσικές διευθύνσεις κ.ά. Υποστήριξη της από άκρη σε άκρη επικοινωνίας, ευθύνη για τον κερµατισµό και την επανασυγκόλληση των δεδοµένων Επιλογή και αποκατάσταση του δρόµου που θα ακολουθήσουν τα δεδοµένα, έλεγχος, ρύθµιση του ελέγχου ροής των δεδοµένων µέσα στο δίκτυο

7

Εφαρµογές χρήστη

6

Εφαρµογές δικτύου

5

'Έλεγχος συνόδου

4

Από άκρη σε άκρη επικοινωνία

3

∆ροµολόγηση

2

∆ιασύνδεση δεδοµένων

Αναγνώριση σφαλµάτων, διόρθωση. σφαλµάτων

1

Φυσική σύνδεση

Έλεγχος και υποστήριξη του υλικού επικοινωνίας

Πίνακας 2.4: Η αρχιτεκτονική DNA και οι λειτουργίες των επιπέδων της

Τέλος, υπάρχουν και άλλες αρχιτεκτονικές οι οποίες ακολουθούν τη φιλοσοφία των επιπέδων και χρησιµοποιήθηκαν ή χρησιµοποιούνται σήµερα, άλλες. περισσότερο και άλλες λιγότερο, όπως τα Windows ΝΤ της Microsoft, τοΧ25, To XNS, το Banyan V/NES κτλ.

2.3.3 ΘΕΜΑΤΑ ΣΧΕ∆ΙΑΣΗΣ ΕΠΙΠΕ∆ΩΝ Μερικά από τα βασικά θέµατα της σχεδίασης, που εµφανίζονται κατά τη δικτύωση των υπολογιστών, είναι παρόντα σε διάφορα επίπεδα. Παρακάτω, θ' αναφέρουµε µε συντοµία µερικά από τα πιο σοβαρά θέµατα. Κάθε επίπεδο πρέπει να έχει έναν µηχανισµό για την εγκατάσταση της σύνδεσης. Επειδή ένα δίκτυο συνήθως έχει πολλούς υπολογιστές, πολλοί από τους οποίους έχουν πολλές διεργασίες, απαιτείται να υπάρχει ένας τρόπος για µια διεργασία, να καθορίζει µε ποια επιθυµεί ν' αποκτήσει µια σύνδεση. Επειδή υπάρχουν πολλοί προορισµοί απαιτείται µια µορφή διευθυνσιοδότησης, για να καθοριστεί ένας συγκεκριµένος προορισµός. Στενά συνδεδεµένος µε το µηχανισµό που εγκαθιστά τις συνδέσεις ενός δικτύου είναι και ο µηχανισµός ο οποίος χρησιµοποιείται για τον τερµατισµό τους, όταν πλέον δεν χρειάζονται. Όπως θα δούµε στο Κεφάλαιο 6, αυτό το φαινοµενικά τετριµµένο σηµείο µπορεί πραγµατικά να αποδειχθεί αρκετά περίπλοκο. Μια άλλη οµάδα αποφάσεων κατά τη σχεδίαση αφορά τους κανόνες για τη µεταφορά των δεδοµένων. Σε µερικά συστήµατα, τα δεδοµένα µεταδίδονται προς µια κατεύθυνση (µονόδροµη επικοινωνία, simplex communication). Σε άλλα µπορούν να µεταδίδονται και προς τις δύο κατευθύνσεις, αλλά όχι ταυτόχρονα (εναλλακτικά αµφίδροµη επικοινωνία half. duplex communication). Σε άλλα µπορούν ακόµη να µεταδίδονται και προς τις δυο κατευθύνσεις ταυτόχρονα (αµφίδροµη επικοινωνία, full duplex communication). Το πρωτόκολλο θα πρέπει επίσης να καθορίζει πόσα 28

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ∆ΟΜΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ λογικά κανάλια αντιστοιχούν στη σύνδεση και ποιες είναι οι προτεραιότητές τους. Πολλά δίκτυα παρέχουν τουλάχιστον δυο λογικά κανάλια για κάθε σύνδεση, ένα για τα κανονικά δεδοµένα και ένα για τα επείγοντα. Ο έλεγχος λαθών είναι ένα σοβαρό θέµα, διότι τα φυσικά κυκλώµατα επικοινωνίας δεν είναι τέλεια. Πολλοί κώδικες για την ανίχνευση και τη διόρθωση σφαλµάτων είναι γνωστοί, αλλά και τα δύο άκρα της σύνδεσης θα πρέπει να συµφωνούν για το ποιος θα χρησιµοποιείται. Ακόµη, ο δέκτης πρέπει να έχει κάποιο τρόπο να πληροφορεί τον ποµπό για το ποια µηνύµατα έχουν ληφθεί σωστά και ποια όχι. ∆εν διατηρούν όλα τα κανάλια επικοινωνίας τη σειρά των µηνυµάτων που τους στέλνονται. Για να αντιµετωπιστεί µια πιθανή απώλεια σειράς, το πρωτόκολλο πρέπει να κάνει ρητή πρόβλεψη ώστε να επιτρέπεται στον δέκτη να τοποθετήσει τα κοµµάτια πίσω στη σωστή σειρά. Μια προφανής λύση είναι η αρίθµηση των κοµµατιών, αλλά αυτή η λύση αφήνει ακόµη ανοιχτή την ερώτηση, τι θα γίνει µε τα κοµµάτια που φθάνουν πέρα από την κανονική σειρά. Ένα θέµα που συµβαίνει σε κάθε επίπεδο είναι πώς να συγκροτηθεί ένας γρήγορος ποµπός για να µην πληµµυρίζει µε δεδοµένα έναν αργό δέκτη. ∆ιάφορες λύσεις έχουν προταθεί και θα συζητηθούν αργότερα. Όλες αυτές περιέχουν κάποιο είδος ανάδραση (feedback) από τον δέκτη προς τον ποµπό, είτε άµεσα είτε έµµεσα, γύρω από την τρέχουσα κατάσταση του δέκτη. Ένα άλλο πρόβληµα, το οποίο πρέπει να επιλυθεί στα διάφορα επίπεδα, είναι η αδυναµία όλων των διεργασιών να αποδεχθούν αυθαίρετα µεγάλα µηνύµατα. Αυτή η ιδιότητα οδηγεί σε µηχανισµούς για διαχωρισµό, µετάδοση, και κατόπιν, επανασυναρµολόγηση µηνυµάτων. Ένα σχετικό θέµα είναι τι θα γίνει όταν υπάρχουν διεργασίες που επιµένουν στη µετάδοση δεδοµένων σε µονάδες που είναι τόσο µικρές, ώστε η αποστολή καθεµιάς απ' αυτές χωριστά να είναι ανεπαρκής. Εδώ η λύση ανάγεται στη συγκέντρωση πολλών µικρών µηνυµάτων, µε κοινό προορισµό σ' ένα µεγάλο µήνυµα, και διαµελισµό του µεγάλου µηνύµατος στην άλλη πλευρά. Όταν η εγκατάσταση µιας ξεχωριστής σύνδεσης για κάθε ζευγάρι επικοινωνούντων διεργασιών δεν βολεύει ή κοστίζει, το από κάτω επίπεδο µπορεί ν' αποφασίσει να χρησιµοποιήσει την ίδια σύνδεση για πολλές ανεξάρτητες συνοµιλίες. Όσο αυτή η πολύπλεξη και η αποπολύπλεξη γίνεται µε διαφάνεια, µπορεί να χρησιµοποιηθεί από οποιοδήποτε επίπεδο. Η πολύπλεξη χρειάζεται στο φυσικό επίπεδο, για παράδειγµα, όπου η κυκλοφορία για όλες τις συνδέσεις πρέπει να σταλεί. µέσα από λίγα φυσικά κυκλώµατα. Όταν υπάρχουν πολλά µονοπάτια µεταξύ αφετηρίας και προορισµού, πρέπει να επιλεγεί µια διαδροµή. Μερικές φορές αυτή η απόφαση πρέπει να χωριστεί σε δύο ή περισσότερα επίπεδα. Για παράδειγµα, για να σταλούν δεδοµένα από το Λονδίνο στη Ρώµη θα πρέπει να ληφθεί µια απόφαση υψηλού επιπέδου για το αν θα πάνε µέσω Γαλλίας ή µέσω Γερµανίας, µε βάση τους αντίστοιχους νόµους για τη µυστικότητα (privacy) και µια απόφαση χαµηλού επιπέδου για να επιλεγεί ένα από τα πολλά διαθέσιµα δίκτυα, ανάλογα µε την τρέχουσα κυκλοφορία.

29

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ OSI

3 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ OSI Τώρα που εξετάσαµε τα οργανωµένα σε επίπεδα δίκτυα περιληπτικά, είναι ώρα να ρίξουµε µια µατιά στο σύνολο των επιπέδων που χρησιµοποιούνται σε ολόκληρο το βιβλίο. Το µοντέλο φαίνεται στο Σχ. 3-1. Αυτό βασίζεται σε πρόταση που αναπτύχθηκε από το ∆ιεθνή Οργανισµό Τυποποίησης (ISO) ως ένα πρώτο βήµα προς τη διεθνή τυποποίηση των διαφόρων πρωτοκόλλων, (Day and Zimmerman, 1983). Το µοντέλο ονοµάζεται µοντέλο Αναφοράς OSI (Open Systems Interconnection ∆ιασύνδεση Ανοιχτών Συστηµάτων) του ISO διότι ασχολείται µε συνδέσεις ανοιχτών συστηµάτων, δηλαδή αυτά τα οποία είναι ανοιχτά, για επικοινωνία µε άλλα συστήµατα. Συνήθως το αποκαλούµε µοντέλο OSI για συντοµία. Το µοντέλο OSI έχει εφτά επίπεδα. Οι αρχές που εφαρµόζονται για να φτάσουµε σ' αυτά είναι οι ακόλουθες: 1. Ένα επίπεδο πρέπει να δηµιουργείται εκεί όπου χρειάζεται διαφορετικός βαθµός αφαίρεσης (abstraction). 2. Κάθε επίπεδο πρέπει να εκτελεί µια καλά προσδιορισµένη λειτουργία. 3. Η λειτουργία κάθε επιπέδου πρέπει να επιλέγεται µε βάση τα καθορισµένα διεθνή τυποποιηµένα πρωτόκολλα. 4. Η επιλογή των ορίων των επιπέδων πρέπει να γίνεται µε σκοπό την ελαχιστοποίηση της ροής των πληροφοριών µέσω των διασυνδέσεων. 5. Ο αριθµός των επιπέδων θα πρέπει να είναι αρκετά µεγάλος, ώστε διακεκριµένες λειτουργίες να µην χρειάζεται να τοποθετηθούν µαζί στο ίδιο επίπεδο, χωρίς να υπάρχει τέτοια ανάγκη, και αρκετά µικρός ώστε η αρχιτεκτονική να µη γίνεται πολύπλοκη.

Σχ. 3-1. Η αρχιτεκτονική δικτύου που χρησιµοποιείται σ' αυτό το βιβλίο. Αυτή βασίζεται στο µοντέλο OSI

Στις ενότητες 3. 1 έως 3. 7 θα συζητήσουµε κάθε επίπεδο του µοντέλου µε τη

30

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ OSI σειρά, αρχίζοντας µε το κατώτατο. Σηµειώστε ότι µόνο του το µοντέλο OSI δεν αποτελεί αρχιτεκτονική δικτύου, διότι δεν προσδιορίζει τις ακριβές υπηρεσίες και τα πρωτόκολλα που θα χρησιµοποιηθούν σε κάθε επίπεδο. Απλώς µας λέγει µόνο τι θα κάνει το καθένα. Πλην όµως, ο 150 έχει επίσης παράγει πρότυπα για όλα τα επίπεδα αν και αυτά µιλώντας καθαρά, δεν αποτελούν τµήµα του µοντέλου. Το καθένα έχει δηµοσιευθεί ως ένα ξεχωριστό διεθνές πρότυπο.

3.1 ΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο Το φυσικό επίπεδο (physical layer), µε το οποίο θα αναφερθούµε παρακάτω αναλυτικότερα (ως προς τα µέσα µετάδοσης και τους τρόπους µετάδοσης), ασχολείται µε τη µετάδοση ακατέργαστων bits σε ένα κανάλι επικοινωνίας. Τα θέµατα σχεδίασης έχουν να κάνουν µε τη διασφάλιση ότι, όταν η µια πλευρά στέλνει ένα bit 1, αυτό λαµβάνεται από τη άλλη πλευρά ως bit 1 και όχι ως bit 0. Τυπικές ερωτήσεις εδώ είναι πόσα volt πρέπει να χρησιµοποιηθούν για να αναπαραστήσουν ένα bit 1, και πόσα για ένα bit 0, πόσα µικροδευτερόλεπτα διαρκεί ένα bit, ή εάν µπορούν µεταδόσεις να γίνουν ταυτόχρονα και προς τις δύο κατευθύνσεις, πώς εγκαθίσταται η αρχική σύνδεση και πώς αυτή τερµατίζεται, όταν και οι δύο πλευρές τελειώνουν, και πόσους ακροδέκτες έχει ο συνδετήρας του δικτύου και πού χρησιµοποιείται ο καθένας. Τα θέµατα σχεδίασης εδώ, ως επί το πλείστον ασχολούνται µε µηχανικές, ηλεκτρικές και διαδικασίες διασυνδέσεις καθώς και το φυσικό µέσο µετάδοσης, το οποίο βρίσκεται κάτω από το φυσικό επίπεδο. Η σχεδίαση του φυσικού επιπέδου µπορεί κατάλληλα να θεωρηθεί ότι ανήκει στην περιοχή αρµοδιότητας των ηλεκτρολόγων µηχανικών.

3.2 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΣΥΝ∆ΕΣΗΣ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ Η κύρια αποστολή του επιπέδου σύνδεσης δεδοµένων (data link layer) είναι να µετασχηµατίσει το ακατέργαστο µέσο µετάδοσης σε µια γραµµή που εµφανίζεται ελεύθερη από σφάλµατα µετάδοσης στο επίπεδο δικτύου. Ο σκοπός αυτός επιτυγχάνεται µε τη διάσπαση των δεδοµένων εισόδου από τον αποστολέα σε πλαίσια δεδοµένων (data frames) (συνήθως λίγες εκατοντάδες bytes), µετάδοση αυτών µε τη σειρά και επεξεργασία των πλαισίων επιβεβαίωσης λήψης (acknowledgement frames), που επιστρέφονται από τον αποδέκτη. Εφόσον το φυσικό επίπεδο απλώς αποδέχεται και µεταδίδει ένα συρµό bits, χωρίς να νοιάζεται για το νόηµα και τη δοµή, η δηµιουργία και η αναγνώριση των ορίων των πλαισίων εξαρτάται πλέον από το επίπεδο σύνδεσης δεδοµένων. Αυτή µπορεί να επιτευχθεί µε την επισύναψη ειδικών ακολουθιών bίts στην αρχή και στο τέλος των πλαισίων. Εάν αυτές οι ακολουθίες των bίts µπορούν από σύµπτωση να παρουσιαστούν στα δεδοµένα, θα πρέπει να ληφθεί ειδική µέριµνα για να αποφευχθεί η σύγχυση. Η εµφάνιση θορύβου στη γραµµή µπορεί να καταστρέψει ολοκληρωτικά το πλαίσιο. Στην περίπτωση αυτή, το λογισµικό του επιπέδου σύνδεσης δεδοµένων στη µηχανή της αφετηρίας πρέπει να επαναµεταδώσει το πλαίσιο. Ωστόσο οι πολλαπλές µεταδόσεις του ίδιου πλαισίου δηµιουργούν τη δυνατότητα να υπάρξουν αντίγραφα πλαισίων. Ένα αντίγραφο πλαισίου θα µπορούσε, για παράδειγµα, να σταλεί, εάν καταστραφεί το πλαίσιο επιβεβαίωσης λήψης που επιστρέφει ο δέκτης στον ποµπό. Απ' αυτό το επίπεδο εξαρτάται η λύση των προβληµάτων που δηµιουργούνται από καταστροφές, απώλειες και αντίγραφα πλαισίων. Το επίπεδο σύνδεσης δεδοµένων µπορεί να προσφέρει πολλές διαφορετικές κατηγορίες υπηρεσιών στο επίπεδο δικτύου, καθεµιά µε διαφορετική ποιότητα και τιµή. Ένα άλλο θέµα που εµφανίζεται στο επίπεδο σύνδεσης δεδοµένων (και στα περισσότερα από τα υψηλότερα επίπεδα επίσης), είναι πώς να συγκρατηθεί ένας 31

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ OSI γρήγορος ποµπός για να µην πληµµυρίσει µε δεδοµένα έναν αργό δέκτη. Θα πρέπει να εφαρµοστεί κάποιος µηχανισµός ρύθµισης της κυκλοφορίας για να µπορεί ο ποµπός να γνωρίζει πόσο χώρο στην ενδιάµεση µνήµη (buffer) έχει κάθε στιγµή ο δέκτης. Αυτή η ρύθµιση ροής συχνά ενοποιείται µε τη διαχείριση σφαλµάτων για ευκολία. Εάν η γραµµή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για αµφίδροµη µετάδοση δεδοµένων αυτό δηµιουργεί ένα νέο πρόβληµα µε το οποίο θα πρέπει να ασχοληθεί το λογισµικό του επιπέδου σύνδεσης δεδοµένων. Το πρόβληµα είναι ότι τα πλαίσια επιβεβαίωσης λήψης για την κυκλοφορία από το Α στο Β ανταγωνίζονται µε τα πλαίσια δεδοµένων της κίνησης από το Β στο Α για το ποιος θα χρησιµοποιήσει τη γραµµή. Μια έξυπνη λύση (εµβόλιµη επιβεβαίωση λήψης, piggyback acknowledgment) έχει επινοηθεί και θα την εξετάσουµε αργότερα µε κάθε λεπτοµέρεια.

3.3 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ Το επίπεδο δικτύου (network layer) ασχολείται µε τον έλεγχο της λειτουργίας του υποδικτύου. Ένα βασικό θέµα στη σχεδίαση είναι ο καθορισµός του τρόπου δροµολόγησης των πακέτων από την αφετηρία στον προορισµό τους. Οι διαδροµές θα µπορούσαν να βασιστούν σε στατικούς πίνακες οι οποίοι είναι "καλωδιοµένοι" ("wired into") στο δίκτυο και σπάνια τροποποιούνται. Θα µπορούσαν επίσης να οριστούν στην αρχή κάθε συνοµιλίας, για παράδειγµα µιας συνόδου τερµατικών. Τέλος, θα µπορούσαν να είναι πολύ δυναµικές και να καθορίζονται εκ νέου για κάθε πακέτο για να απεικονίζουν το τρέχον φορτίο του δικτύου. Εάν στο υποδίκτυο είναι παρόντα πολλά πακέτα την ίδια χρονική στιγµή, θα εµπλακεί το ένα στη διαδροµή του άλλου, δηµιουργώντας συµφόρηση (bott1eneck). Ο έλεγχος µιας τέτοιας συµφόρησης επίσης ανήκει στις αρµοδιότητες του επιπέδου δικτύου. Επειδή οι χειριστές του υποδικτύου µπορεί να περιµένουν ανταµοιβή για τις προσπάθειές τους, υπάρχει συχνά ενσωµατωµένη στο επίπεδο του δικτύου από την κατασκευή της µια λειτουργία χρέωσης. Στο τέλος, το λογισµικό πρέπει να υπολογίζει πόσα πακέτα ή χαρακτήρες ή bits στάλθηκαν από κάθε πελάτη για την έκδοση λογαριασµών. Όταν ένα πακέτο διασχίζει τα εθνικά σύνορα και υπάρχουν διαφορετικές τιµές σε κάθε πλευρά, η διαδικασία χρέωσης µπορεί να γίνει πολύπλοκη. Όταν το πακέτο πρέπει να µεταδοθεί από ένα δίκτυο σ' ένα άλλο για να φτάσει στον προορισµό του, µπορεί να εµφανιστούν πολλά προβλήµατα. Η διευθυνσιοδότηση που χρησιµοποιείται απ' το δεύτερο δίκτυο µπορεί να είναι διαφορετική από αυτήν του πρώτου. Το δεύτερο µπορεί να µην δέχεται καθόλου το πακέτο, διότι ίσως είναι πολύ µεγάλο. Τα πρωτόκολλα µπορεί να διαφέρουν και ούτω καθεξής. Εξαρτάται από το ίδιο το επίπεδο δικτύου να υπερπηδήσει όλα αυτά τα προβλήµατα, ώστε να επιτρέψει τη διασύνδεση ετερογενών δικτύων. Σε δίκτυα εκποµπής, το πρόβληµα της δροµολόγησης είναι απλό, κι έτσι το επίπεδο δικτύου είναι συχνά λεπτό ή ακόµη και ανύπαρκτο.

3.4 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Η βασική λειτουργία του επιπέδου µεταφοράς (transport layer) είναι η αποδοχή δεδοµένων από το επίπεδο συνόδου ή διάσπαση αυτών σε µικρότερες µονάδες εάν χρειαστεί, η µεταφορά τους στο επίπεδο δικτύου και η διασφάλιση ότι όλα τα τµήµατα φτάνουν σωστά στην άλλη πλευρά. Επιπλέον, όλα αυτά πρέπει να γίνουν αποδοτικά και µε τέτοιον τρόπο που να αποµονώνουν το επίπεδο συνόδου από τις αναπόφευκτες αλλαγές στην τεχνολογία του υλικού. Υπό κανονικές συνθήκες, το επίπεδο µεταφοράς δηµιουργεί µια ξεχωριστή 32

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ OSI σύνδεση δικτύου για κάθε σύνδεση µεταφοράς που απαιτείται από το επίπεδο συνόδου. Εάν ωστόσο η σύνδεση µεταφοράς απαιτεί υψηλό ρυθµό εξυπηρέτησης, (throughput), το επίπεδο µεταφοράς µπορεί να δηµιουργήσει πολλαπλές συνδέσεις δικτύου, µοιράζοντας τα δεδοµένα ανάµεσα στις συνδέσεις του δικτύου για να βελτιώσει το ρυθµό εξυπηρέτησης. Από την άλλη πλευρά, εάν η δηµιουργία ή η συντήρηση µιας σύνδεσης δικτύου είναι ακριβή, το επίπεδο µεταφοράς µπορεί να πολυπλέκει πολλές συνδέσεις µεταφοράς στην ίδια σύνδεση δικτύου για να ελαττώσει το κόστος. Σε όλες τις περιπτώσεις, το επίπεδο µεταφοράς χρειάζεται πάντα, για να κάνει την πολύπλεξη διαφανή στο επίπεδο συνόδου. Το επίπεδο µεταφοράς καθορίζει επίσης τι είδους υπηρεσίες θα παρέχει το επίπεδο συνόδου και τελικά, τους χρήστες του δικτύου. Ο πιο γνωστός τύπος σύνδεσης µεταφοράς είναι ένα ελεύθερο από σφάλµατα από σηµείο σε σηµείο κανάλι (point to point), το οποίο παραδίδει µηνύµατα µε τη σειρά µε την οποία έχουν σταλεί. Ωστόσο, άλλα πιθανά είδη υπηρεσιών µεταφοράς είναι η µεταφορά αποµονωµένων µηνυµάτων χωρίς εγγυήσεις σχετικά µε τη σειρά παράδοσης, και η εκποµπή µηνυµάτων σε πολλούς αποδέκτες. Ο τύπος της υπηρεσίας ορίζεται µε την εγκατάσταση της σύνδεσης. Το επίπεδο µεταφοράς είναι ένα αληθινό επίπεδο από την αφετηρία στον προορισµό ή από άκρο σε άκρο (end-to-end). Με άλλα λόγια, ένα πρόγραµµα στη µηχανή αφετηρίας συνοµιλεί µε ένα παρόµοιο πρόγραµµα της µηχανής προορισµού, χρησιµοποιώντας τις επικεφαλίδες του µηνύµατος και τα µηνύµατα ελέγχου. Στα κατώτερα επίπεδα, τα πρωτόκολλα είναι ανάµεσα σε κάθε µηχανή και στις άµεσα γειτονικές της µηχανές., και όχι ανάµεσα σ' αυτές της τελικές µηχανές αφετηρίας και προορισµοί, οι οποίες µπορεί να χωρίζονται από πολλά IMPs. Οι διαφορές ανάµεσα στα επίπεδα 1 έως 3, τα οποία είναι αλυσιδωτά, και στα επίπεδα 4έως 7, τα οποία είναι από άκρο σε άκρο, φαίνονται στο Σχ. 1-7. Πολλοί host πολυ-προγραµµατίζονται, πράγµα που σηµαίνει ότι κάθε host θα έχει πολλαπλές εισερχόµενες και εξερχόµενες συνδέσεις. Εκεί δηµιουργείται η ανάγκη ύπαρξης κάποιου τρόπου που να δηλώνει ποιο µήνυµα ανήκει σε κάθε σύνδεση. Η επικεφαλίδα µεταφοράς (Η4 στο Σχ. 1-6) είναι µια θέση στην οποία µπορεί να τοποθετηθεί η πληροφορία αυτή. Πέραν από την πολύπλεξη πολλών συρµών µηνυµάτων σ' ένα κανάλι, το επίπεδο µεταφοράς θα πρέπει να φροντίζει για την εγκατάσταση και τη διαγραφή των συνδέσεων διαµέσου του δικτύου. Αυτό απαιτεί κάποιο είδος µηχανισµού για καθορισµό ονοµάτων, έτσι ώστε η διεργασία ενός µηχανήµατος να διαθέτει έναν τρόπο για να ορίζει αυτόν µε τον οποίο θέλει να επικοινωνήσει. Πρέπει επίσης να υπάρχει ένας µηχανισµός ρύθµισης της ροής των πληροφοριών, έτσι ώστε ένας γρήγορος host να µη µπορεί να πληµµυρίσει έναν αργό. Ο έλεγχος της ροής µεταξύ των hosts είναι ξεχωριστός από τον έλεγχο της ροής µεταξύ των IMP’s, παρόλο που αργότερα θα διαπιστώσουµε ότι και στους δυο εφαρµόζονται παρόµοιες αρχές.

3.5 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΣΥΝΟ∆ΟΥ Το επίπεδο συνόδου (session layer) επιτρέπει στους χρήστες διαφορετικών µηχανηµάτων να εγκαθιστούν συνόδους (sessions) µεταξύ τους. Μια σύνοδος επιτρέπει µια συνήθη µεταφορά δεδοµένων, όπως και το επίπεδο µεταφοράς, αλλά παρέχει και µερικές πρόσθετες υπηρεσίες που είναι χρήσιµες σε πολλές εφαρµογές. Μια σύνοδος, µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να επιτρέψει τη σύνδεση ενός χρήστη σ' ένα αποµακρυσµένο σύστηµα καταµερισµού χρόνου (time – sharing)) ή για να µεταφέρει ένα αρχείο µεταξύ µηχανών. Μία από τις υπηρεσίες που παρέχει το επίπεδο συνόδου είναι η δυνατότητα 33

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ OSI διαχείρισης ελέγχου ενός διαλόγου. Οι σύνοδοι µπορούν να επιτρέψουν την κυκλοφορία και προς τις δύο κατευθύνσεις την ίδια στιγµή ή προς τη µία κατεύθυνση κάθε στιγµή. Εάν η κυκλοφορία σε µια δεδοµένη χρονική στιγµή µπορεί να πάει προς µια µόνο κατεύθυνση (ανάλογη µε την απλή σιδηροδροµική γραµµή), το επίπεδο συνόδου µπορεί να παρακολουθεί ποίος έχει σειρά. Μια σχετική υπηρεσία συνόδου είναι η διαχείριση κουπονιού (token management). Για µερικά πρωτόκολλα είναι βασικό. Για να µην επιχειρούν και οι δύο πλευρές την ίδια λειτουργία ταυτόχρονα. Για να διαχειριστεί αυτές τις δραστηριότητες, το επίπεδο συνόδου παρέχει κουπόνια τα οποία µπορούν να ανταλλαγούν. Μόνο η πλευρά που κατέχει το κουπόνι µπορεί να εκτελέσει την κρίσιµη λειτουργία. Μια άλλη υπηρεσία συνόδου είναι ο συγχρονισµός (synchronization). Σκεφτείτε τα προβλήµατα που µπορούν να συµβούν στην προσπάθεια να κάνετε µεταφορά ενός αρχείου διάρκειας δύο ωρών ανάµεσα σε δύο µηχανές σε ένα δίκτυο, µε µέσο χρόνο λειτουργίας (mean-time), µεταξύ δύο καταρρεύσεων σε 1 ώρα. Μετά την διακοπή κάθε µεταφοράς ολόκληρη η µεταφορά θα πρέπει ν' αρχίσει ξανά, από την αρχή, και είναι πιθανό να αποτύχει ξανά όταν το δίκτυο καταρρεύσει την επόµενη φορά. Για την εξάλειψη αυτού το προβλήµατος, το επίπεδο συνόδου παρέχει έναν τρόπο για την εισαγωγή σηµείων ελέγχου, έτσι ώστε µετά την κατάρρευση µόνο τα δεδοµένα που ακολουθούν το τελευταίο σηµείο ελέγχου να πρέπει να επαναληφθούν.

3.6 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Το επίπεδο παρουσίασης (presentation layer) εκτελεί συγκεκριµένες λειτουργίες οι οποίες ζητούνται αρκετά συχνά από τους χρήστες, για να εξασφαλίζουν την εύρεση µιας γενικής λύσης γι' αυτούς, ώστε να µην αφήνεται κάθε χρήστης να λύνει τα προβλήµατα µόνος του. Συγκεκριµένα, ενώ όλα τα κατώτερα επίπεδα ενδιαφέρονται µόνο για την αξιόπιστη µετακίνηση bits από το ένα µέρος στο άλλο, το επίπεδο παρουσίασης ενδιαφέρεται για το συντακτικό και τη σηµασιολογία των πληροφοριών που µεταδίδονται. Ένα τυπικό παράδειγµα υπηρεσίας παρουσίασης είναι η κωδικοποίηση δεδοµένων σε ένα κώδικα που συµφωνήθηκε στη διαδροµή. Τα περισσότερα προγράµµατα του χρήστη δεν ανταλλάσσουν τυχαίες σειρές bits. Ανταλλάσσουν στοιχεία, όπως ονόµατα ανθρώπων, ηµεροµηνίες, ποσά χρηµάτων και τιµολόγια. Αυτά τα στοιχεία παριστάνονται ως σειρές χαρακτήρων, ακέραιοι, αριθµοί κινητής υποδιαστολής, και δοµές δεδοµένων που αποτελούνται από πολλά απλούστερα στοιχεία. ∆ιαφορετικοί υπολογιστές έχουν διαφορετικούς κώδικες για την αναπαράσταση σειρών χαρακτήρων (πχ ASCII και EBCDIC), ακεραίων (π.χ. συµπλήρωµα ως προς ένα και δύο), και ούτω καθεξής. Για να καταστεί δυνατή η επικοινωνία ανάµεσα σε υπολογιστές µε διαφορετικές αναπαραστάσεις, οι δοµές των δεδοµένων που πρόκειται να ανταλλαγούν πρέπει να καθοριστούν µ' έναν αφηρηµένο τρόπο, µαζί µε την τυποποιηµένη κωδικοποίηση που θα χρησιµοποιηθεί "πάνω στο καλώδιο". Η εργασία της διαχείρισης αυτών των αφηρηµένων δοµών δεδοµένων, και η µετατροπή τους από την αναπαράσταση που χρησιµοποιείται µέσα στον υπολογιστή στην τυποποιηµένη αναπαράσταση δικτύου, αντιµετωπίζεται από το επίπεδο παρουσίασης. Το επίπεδο παρουσίασης επίσης ενδιαφέρεται και για άλλα θέµατα αναπαράστασης πληροφοριών. Για παράδειγµα, η συµπίεση των δεδοµένων µπορεί να χρησιµοποιηθεί εδώ για να ελαττώσει τον αριθµό των bits που πρόκειται να µεταδοθούν και συχνά απαιτείται κρυπτογράφηση για να εξασφαλιστεί η µυστικότητα (privacy) και η γνησιότητα (authentication) της πληροφορίας. 34


3.7 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Το επίπεδο εφαρµογής (Application Layer) περιέχει µια ποικιλία πρωτοκόλλων που χρειάζονται συχνά. Για παράδειγµα, υπάρχουν εκατοντάδες τύποι η συµβατών τερµατικών σ' ολόκληρο τον κόσµο. Θεωρείστε το πρόβληµα ενός κειµενογράφου µε πλήρη οθόνη (full screen editor) ο οποίος υποτίθεται ότι εργάζεται σ' ένα δίκτυο µε πολλούς διαφορετικούς τύπους τερµατικών, το καθένα µε διαφορετική παρουσίαση οθόνης, διαφορετικές ακολουθίες διαφυγής για εισαγωγή και διαγραφή κειµένου, µετακίνηση του δροµέα (cursor) κ.λ.π. Ένας τρόπος επίλυσης αυτού του προβλήµατος είναι ο καθορισµός ενός αφηρηµένου νοητού τερµατικού δικτύου (network virtual terminal) για τα οποία µπορούν να γραφούν κειµενογράφοι και άλλα προγράµµατα που να συνεργάζονται µαζί του. Για το χειρισµό κάθε τύπου τερµατικού, πρέπει να γραφτεί ένα τµήµα λογισµικού για να αντιστοιχίσει τις λειτουργίες του νοητού τερµατικού του δικτύου επάνω στο πραγµατικό τερµατικό. Για παράδειγµα, όταν ο κειµενογράφος (editor) µετακινεί τον δροµέα του νοητού τερµατικού στην επάνω αριστερή γωνία της οθόνης, το λογισµικό αυτό πρέπει να δώσει την κατάλληλη σειρά εντολών στο πραγµατικό τερµατικό για την κίνηση και του δικού του δροµέα εκεί Όλο το λογισµικό του νοητού τερµατικού βρίσκεται στο επίπεδο εφαρµογής. Μια άλλη λειτουργία του επιπέδου εφαρµογής είναι η µεταφορά αρχείων. ∆ιαφορετικά συστήµατα αρχείων έχουν διαφορετικές µεθόδους καθορισµού ονοµασίας, διαφορετικούς τρόπους αναπαράστασης των γραµµών κειµένου, και ούτω καθεξής. Η µεταφορά ενός αρχείου µεταξύ δύο διαφορετικών συστηµάτων απαιτεί αντιµετώπιση αυτών και άλλων µη συµβατών καταστάσεων. Η εργασία αυτή επίσης ανήκει στο επίπεδο εφαρµογής, όπως επίσης και το ηλεκτρονικό ταχυδροµείο, η εισαγωγή εργασιών από απόσταση, η εµφάνιση καταλόγων (directory) αρχείων, και διάφορες άλλες ειδικού ή και γενικού σκοπού ευκολίες.

3.8 ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ ΣΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ OSI Το Σχήµα 3-2 δείχνει ένα παράδειγµα πώς µπορούν να µεταδοθούν δεδοµένα µε τη χρήση του µοντέλου OSI. Η αποστέλουσα διεργασία διαθέτει µερικά δεδοµένα που θέλει να στείλει στη λαµβάνουσα διεργασία. Αυτή δίνει τα δεδοµένα στο επίπεδο εφαρµογής, το οποίο µετά επισυνάπτει την επικεφαλίδα εφαρµογής ΑΗ (η οποία µπορεί να είναι και κενή), στο µπροστινό µέρος αυτών και δίνει το αποτέλεσµα στο επίπεδο παρουσίασης.

35


Σχ. 3-2. Ένα παράδειγµα χρήσης του µοντέλου OSI. Μερικές από τις επικεφαλίδες µπορούν να είναι κενές. (Πηγή: H.C. Folts. Χρήση κατόπιν αδείας)

Το επίπεδο παρουσίασης µπορεί να µετατρέψει αυτά τα στοιχεία µε διάφορους τρόπους και πιθανότατα προσθέτει µια επικεφαλίδα στο µπροστινό µέρος, δίνοντας το αποτέλεσµα στο επίπεδο συνόδου. Είναι σηµαντικό να αντιληφθούµε ότι το επίπεδο παρουσίασης δεν αντιλαµβάνεται ποιο τµήµα των δεδοµένων που του δόθηκαν από το επίπεδο εφαρµογής είναι το ΑΗ, αν υπάρχει ΑΗ και ποια είναι τα αληθινά δεδοµένα του χρήστη. Και ούτε πότε θα το αντιληφθεί. Η διεργασία αυτή επαναλαµβάνεται έως ότου τα δεδοµένα φτάσουν στο φυσικό επίπεδο, όπου εκεί πραγµατικά, µεταδίδονται στη λαµβάνουσα µηχανή. Στη µηχανή αυτή οι διάφορες επικεφαλίδες αφαιρούνται η µία µετά την άλλη καθώς το µήνυµα διαδίδεται προς τα επάνω έως ότου αυτό τελικά φτάσει στη λαµβάνουσα διεργασία. Η βασική ιδέα εδώ είναι ότι, αν και η πραγµατική µετάδοση των δεδοµένων στο Σχ. 3-2, είναι κατακόρυφη, κάθε επίπεδο προγραµµατίζεται σαν να ήταν στην πραγµατικότητα οριζόντια. Όταν το επίπεδο µεταφοράς, που στέλνει, για παράδειγµα, λαµβάνει ένα µήνυµα από το επίπεδο συνόδου, επισυνάπτει µια επικεφαλίδα µεταφοράς και το στέλνει στο λαµβάνον επίπεδο µεταφοράς που λαµβάνει. Από τη δική του σκοπιά, το γεγονός ότι πρέπει στην πραγµατικότητα να δώσει το µήνυµα στο επίπεδο δίκτυο, στη δική του µηχανή, είναι µια ασήµαντη τεχνική λεπτοµέρεια. Ανάλογα, όταν ένας διπλωµάτης που µιλά τη γλώσσα Uighur απευθύνεται στα Ηνωµένα Έθνη, θεωρεί τον εαυτό του σαν να µιλάει προς όλους τους διπλωµάτες του σώµατος. Το ότι όµως στην πραγµατικότητα µιλά µόνο στο µεταφραστή του, του φαίνεται ως τεχνική λεπτοµέρεια.

36

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ TCP / IP

4 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ TCP / IP 4.1 Η ΟΜΑ∆Α ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ TCP/IP Στην καθηµερινή µας ζωή. πρωτόκολλο είναι ένα σύνολο από συµβάσεις που καθορίζουν το πώς πρέπει να πραγµατοποιηθεί κάποια διαδικασία. Στον κόσµο των δικτύων. πρωτόκολλο είναι ένα σύνολο από συµβάσεις που καθορίζουν το πώς ανταλλάσσουν µεταξύ τους δεδοµένα οι υπολογιστές του δικτύου. Το πρωτόκολλο είναι αυτό που καθορίζει το πώς διακινούνται τα δεδοµένα, το πώς γίνεται ο έλεγχος και ο χειρισµός των λαθών. κλπ. Το Internet δεν είναι ένα απλό δίκτυο, αλλά ένα διαδίκτυο. Χρειάζεται εποµένως ένα σύνολο από συµβάσεις που να καθορίζουν το πώς ανταλλάσσουν µεταξύ τους δεδοµένα υπολογιστές που µπορεί να είναι διαφορετικού τύπου και να ανήκουν σε διαφορετικά δίκτυα. Ακριβώς αυτό το σύνολο συµβάσεων προσφέρει το TCP/IP. Όλοι οι υπολογιστές που είναι συνδεδεµένοι στα χιλιάδες µικρότερα δίκτυα του Internet τρέχουν το πρωτόκολλο TCP/IP κι έτσι µιλούν µια κοινή γλώσσα που τους επιτρέπει να συνεννοούνται παρά τις διαφορές τους.

4.2 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ TCP/IP Ας υποθέσουµε ότι θέλουµε να µεταφέρουµε δεδοµένα από έναν υπολογιστή που είναι συνδεδεµένος στο Internet και βρίσκεται Π.χ. στην Αµερική, στο ΜΙΤ, σε έναν άλλον που είναι επίσης συνδεδεµένος στο Internet και βρίσκεται Π.χ. στην Ελλάδα. Μεταξύ των δύο υπολογιστών παρεµβάλλεται το "σύννεφο" του Internet, δηλ. ένα πλέγµα από συνδέσεις και ενδιάµεσους υπολογιστές. Το Internet χρησιµοποιεί την τεχνολογία µεταγωγής πακέτων για τη µεταφορά των δεδοµένων: τα δεδοµένα κόβονται σε κοµµάτια που ονοµάζονται πακέτα και σε κάθε πακέτο µπαίνει µια "επικεφαλίδα" µε τις διευθύνσεις του υπολογιστή - αποστολέα και του υπολογιστή - παραλήπτη. Σηµειώνουµε ότι σε κάθε υπολογιστή του Internet αντιστοιχίζεται µία διεύθυνση που ονοµάζεται διεύθυνση ΙΡ. Το πρωτόκολλο ΙΡ είναι υπεύθυνο για το πέρασµα του πακέτου από υπολογιστή σε υπολογιστή µέσα από το "σύννεφο" των συνδέσεων. Καθώς το ΙΡ δροµολογεί το κάθε πακέτο µέσα στο δίκτυο, προσπαθεί να το παραδώσει, αλλά δεν µπορεί να εγγυηθεί ούτε ότι το πακέτο θα φτάσει στον προορισµό του ούτε ότι τα διάφορα πακέτα που αποτελούν τα αρχικά δεδοµένα θα φτάσουν µε τη σειρά µε την οποία στάλθηκαν ούτε ότι το περιεχόµενο των πακέτων θα φτάσει αναλλοίωτο. Το TCP προσφέρει ένα αξιόπιστο πρωτόκολλο πάνω από το ΙΡ. Εγγυάται ότι τα πακέτα θα παραδοθούν στον προορισµό τους, ότι θα φτάσουν µε τη σειρά µε την οποία στάλθηκαν και ότι τα περιεχόµενα των πακέτων θα φτάσουν αναλλοίωτα (δηλ. όπως στάλθηκαν). Το TCP δουλεύει ως εξής το κάθε πακέτο δεδοµένων αριθµείται. Ο υπολογιστής - παραλήπτης και ο υπολογιστής - αποστολέας, αλλά όχι οι ενδιάµεσοι υπολογιστές, παρακολουθούν τους αριθµούς των πακέτων και ανταλλάσσουν µεταξύ τους πληροφορίες. Ο παραλήπτης λαµβάνει το πρώτο πακέτο, το δεύτερο, κλπ. Σε περίπτωση που παρουσιαστεί κάποιο πρόβληµα στο δίκτυο είτε χαθεί κάποιο πακέτο κατά τη διάρκεια της µετάδοσης, το ξαναζητάει και ο αποστολέας είναι υπεύθυνος για την αναµετάδοση του. Ο παραλήπτης ελέγχει επίσης αν το περιεχόµενο των πακέτων φτάνει σωστά. Η µέθοδος αυτή εξασφαλίζει αξιοπιστία και ταχύτητα διότι οι ενδιάµεσοι υπολογιστές δεν εκτελούν ελέγχους. Τώρα λοιπόν που γνωρίσαµε το TCP/IP µπορούµε να δώσουµε έναν πιο "επίσηµο" ορισµό του Internet: ένα δίκτυο αποτελούµενο από δίκτυα υπολογιστών που

37

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ TCP / IP επικοινωνούν χρησιµοποιώντας το πρωτόκολλο TCP/IP. Όπως θα δούµε παρακάτω, η διαδροµή που ακολουθεί ένα πακέτο µέσα από το "σύννεφο" των συνδέσεων δεν είναι προκαθορισµένη.

4.3 ΠΩΣ ∆ΡΟΜΟΛΟΓΟΥΝΤΑΙ ΤΑ ΠΑΚΕΤΑ Το πρωτόκολλο ΙΡ είναι υπεύθυνο για το πέρασµα ενός πακέτου δεδοµένων από υπολογιστή σε υπολογιστή. Όλα τα δίκτυα που συνδέονται στο Internet "καταλαβαίνουν" τη γλώσσα ΙΡ κι έτσι µπορούν να συνεννοούνται και να ανταλλάσσουν δεδοµένα µε οµοιόµορφο τρόπο. Τα δίκτυα του Internet συνδέονται µεταξύ τους µε ειδικούς υπολογιστές που ονοµάζονται δροµολογητές (routers) ή πύλες (gateways). Ένας δροµολογητής είναι λοιπόν ένας υπολογιστής που συνδέει δύο ή περισσότερα δίκτυα (που µπορεί να είναι διαφορετικού τύπου) και έτσι ανήκει σε δύο ή περισσότερα δίκτυα ταυτόχρονο. Η δουλειά των δροµολογητών είναι να κατευθύνουν τα πακέτα των δεδοµένων µέσα από τα διάφορα δίκτυα που αποτελούν το Internet µέχρις ότου τα επιδώσουν στον προορισµό τους. Ας δούµε πώς γίνεται αυτό: Ας θεωρήσουµε πάλι ότι ένας υπολογιστής που βρίσκεται κάπου στο Internet θέλει να στείλει δεδοµένα σε κάποιον άλλον υπολογιστή. Τα δεδοµένα κόβονται σε πακέτα και το ΙΡ που εκτελείται στον υπολογιστή - αποστολέα ετοιµάζεται να στείλει το κάθε πακέτο. Εισάγει λοιπόν στην επικεφαλίδα του πακέτου τις ΙΡ διευθύνσεις του αποστολέα και του παραλήπτη και κατόπιν, βάσει των διευθύνσεων αυτών, ελέγχει αν ο παραλήπτης βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο µε τον αποστολέα. Εάν ναι, το πακέτο στέλνεται κατευθείαν στον παραλήπτη χωρίς να χρειαστεί να διαβεί τα όρια του δικτύου. Εάν όχι, προωθείται στον δροµολογητή που είναι συνδεµένος µε το δίκτυο. Ο δροµολογητής µε τη σειρά του ελέγχει αν ο παραλήπτης βρίσκεται σε κάποιο από τα υπόλοιπα δίκτυα µε τα οποία είναι συνδεδεµένος. Εάν ναι, το πακέτο στέλνεται κατευθείαν στον παραλήπτη στο δίκτυο αυτό. Εάν όχι, το πακέτο προωθείται στον επόµενο δροµολογητή, Κ.Ο.Κ. µέχρις ότου το πακέτο προωθηθεί τελικά στον δροµολογητή που είναι συνδεδεµένος στο ίδιο δίκτυο µε τον παραλήπτη. Το πακέτο µπορεί έτσι να περάσει από πολλούς δροµολογητές µέχρις ότου φτάσει στον προορισµό του. Οι δροµολογητές διατηρούν πίνακες που προσδιορίζουν την κατεύθυνση που πρέπει να πάρει ένα πακέτο προκειµένου να φτάσει στον προορισµό του. Βάσει αυτών των πινάκων αποφασίζουν ποιος θα είναι ο επόµενος δροµολογητής στον οποίο θα πρέπει να προωθήσουν το πακέτο. Κάθε φορά, το πακέτο µετακινείται όλο και πιο κοντά προς τον προορισµό του έως ότου τελικά τον φτάσει. Ένα µεγάλο πλεονέκτηµα αυτής της µεθόδου είναι ότι η διαδροµή που ακολουθεί ένα πακέτο δεν είναι προκαθορισµένη, αλλά επιλέγεται δυναµικά. Έτσι, οι δροµολογητές µπορούν να επιλέγουν εναλλακτικούς δρόµους για ένα πακέτο σε περίπτωση που µια συγκεκριµένη σύνδεση του δικτύου παρουσιάζει πρόβληµα και βρίσκεται προσωρινά σε αχρηστία.

38

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ TCP / IP

4.4 ΤΑ ΕΠΙΠΕ∆Α ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ TCP/IP TCP / IP

OSI / ISO 7

Στρώµα Εφαρµογής (Application Layer)

Επίπεδο Εφαρµογής (Application Layer)

6

Στρώµα Παρουσίασης (Presentation Layer)

ΑΠΟΝ ΑΠΟ ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ

5

Στρώµα Συνόδου (Session Layer)

ΑΠΟΝ ΑΠΟ ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ

4

Στρώµα Μεταφοράς (Transportation layer)

Επίπεδο Μεταφοράς (Transportation Layer)

3

Στρώµα ∆ικτύου (Network Layer)

Επίπεδο ∆ικτύου (Network Layer)

2 Στρώµα Ζεύξης ∆εδοµένων (Data Link Layer) 1

Host προς ∆ίκτυο (Host to Network) Φυσικό Στρώµα (Physical Layer) Σχ. 4,1 Τα επίπεδα του πρωτοκόλλου TCP/IP

4.4.1 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ (NETWORK LAYER) Όλες αυτές οι απαιτήσεις οδήγησαν στην επιλογή ενός δικτύου µεταγωγής πακέτου, βασισµένου σ' ένα στρώµα δικτύου που παρέχει υπηρεσίες χωρίς σύνδεση. Αυτό το στρώµα, που αποκαλείται Επίπεδο ∆ικτύου (Network Layer) είναι ο ακρογωνιαίος λίθος που συγκρατεί όλη την αρχιτεκτονική. Η δουλειά του είναι να επιτρέπει στους κόµβους να εισάγουν πακέτα σe οποιοδήποτε δίκτυο και να δροµολογεί τα πακέτα ανεξάρτητα στον προορισµό τους (που πιθανώς βρίσκεται σε διαφορετικό δίκτυο). Μπορεί να φθάσουν µε διαφορετική σειρά απ' αυτήν µε την οποία στάλθηκαν, οπότε είναι δουλειά των ανωτέρων στρωµάτων να τα επαναδιατάξουν, εφόσον είναι επιθυµητή η παραλαβή µε την ορθή σειρά.

Ο παραλληλισµός εδώ είναι µε το (αργό) ταχυδροµικό σύστηµα. Κάποιος µπορεί να ρίξει µια σειρά επιστολών εξωτερικού σε ταχυδροµικό κουτί µιας χώρας και, αν είναι λίγο τυχερός, οι περισσότερες απ' αυτές θα παραδοθούν στη σωστή διεύθυνση της χώρας προορισµού. Οι επιστολές, πιθανώς, στην πορεία τους θα περάσουν από ένα ή περισσότερα διεθνή ταχυδροµικά κέντρα διαλογής, αλλά αυτό είναι αδιαφανές προς τους αποστολείς. Επιπλέον, το ότι κάθε χώρα (δηλαδή κάθε δίκτυο) έχει τα δικά της γραµµατόσηµα, δικά της προτιµώµενα µεγέθη φακέλων και εφαρµόζει δικούς της κανόνες παράδοσης, αποκρύπτεται στους αποστολείς. Το Επίπεδο ∆ικτύου καθορίζει µια επίσηµη µορφή πακέτου και πρωτοκόλλου που ονοµάζεται Πρωτόκολλο ∆ιαδικτύου (Internet Protocol ΙΡ). Η δουλειά του Επιπέδου ∆ικτύου είναι να παραδίδει τα πακέτα ΙΡ στον προορισµό τους. Το κύριο θέµα εδώ είναι η δροµολόγηση πακέτων καθώς επίσης και η αποφυγή συµφόρησης. Για του λόγους αυτούς είναι εύλογο να ειπωθεί ότι η λειτουργικότητα του Επιπέδου ∆ικτύου του TCP/IP είναι παρόµοια µε εκείνη του στρώµατος δικτύου του µοντέλου 150/051. Στο σχήµα φαίνεται η αντιστοιχία αυτή.

4.4.2 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ TRANSPORTATION LAYER Το επίπεδο που βρίσκεται πάνω από το Επίπεδο ∆ικτύου στο µοντέλο TCP/IP αποκαλείται συνήθως Επίπεδο Μεταφοράς (Transportation Layer). Έχει σχεδιαστεί ώστε να παρέχει σε οµότιµες οντότητες. που βρίσκονται στους κόµβους της πηγής και του προορισµού. τη δυνατότητα να διεξάγουν µια συζήτηση, όπως ακριβώς γίνεται στο στρώµα µεταφοράς του µοντέλου 150/051. ∆ύο πρωτόκολλα από άκρο σε άκρο έχουν καθοριστεί εδώ. Το πρώτο. το Πρωτόκολλο ελέγχου Μετάδοσης (Transmission Control Protocol TCP), είναι ένα αξιόπιστο, µε σύνδεση, πρωτόκολλο που επιτρέπει

39

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ TCP / IP σε Μια ακολουθία bytes που ξεκινά από µία µηχανή να παραδίδεται χωρίς λάθη σε οποιαδήποτε άλλη µηχανή στο διαδίκτυο. Το πρωτόκολλο τεµαχίζει την εισερχόµενη ακολουθία bytes σε διακριτά µηνύµατα και περνά το καθένα τους στο στρώµα διαδικτύου. Στον προορισµό, η διεργασία λήψης TCP συναρµολογεί την ακολουθία εξόδου από τα λαµβανόµενα µηνύµατα. Το TCP χειρίζεται επίσης τον έλεγχο ροής, ώστε να εµποδίσει έναν γρήγορο ποµπό από το να πληµµυρίσει έναν αργό δέκτη µε περισσότερα µηνύµατα απ' όσα µπορεί να δεχθεί. Το δεύτερο πρωτόκολλο στο στρώµα αυτό, το Πρωτόκολλο ∆εδοµενογραφηµάτων Χρήστη (User Datagram Protocol - UDP), είναι ένα µη αξιόπιστο, χωρίς σύνδεση, πρωτόκολλο για εφαρµογές που δεν θέλουν τον έλεγχο της ακολουθίας ή της ροής του TCP και επιθυµούν να χρησιµοποιούν δικό τους. Επίσης χρησιµοποιείται ευρέως σε γρήγορες εφαρµογές και ερωταποκρίσεις, τύπου πελάτη-εξυπηρετητή, όπου η άµεση παράδοση είναι σπουδαιότερη από τη σωστή παράδοση, όπως Π.χ. είναι η µετάδοση φωνής ή βίντεο. Η σχέση µεταξύ των ΙΡ, TCP και UDP παρουσιάζεται στο σχήµα. Από τότε που αναπτύχθηκε το µοντέλο αυτό, το ΙΡ έχει υλοποιηθεί και σε πολλά άλλα δίκτυο.

4.4.3 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ (APPLICATION LAVER), Το µοντέλο TCP/IP δεν διαθέτει στρώµα συνόδου ή στρώµα παρουσίασης. ∆εν συµπεριλήφθηκαν, διότι δεν προβλεπόταν καµία ανάγκη γι' αυτά. Η εµπειρία του µοντέλου 150/051 απέδειξε ότι η άποψη αυτή είναι σωστή, διότι στις περισσότερες εφαρµογές έχουν µικρή χρήση. Στην κορυφή του Επιπέδου Μεταφοράς βρίσκεται το Επίπεδο Εφαρµογής (Application Layer). Περιλαµβάνει όλα τα πρωτόκολλα ανωτέρων στρωµάτων. Τα πρώτα που περιλήφθηκαν είναι το νοητό τερµατικό (ΤΕLΝΕΤ), η µεταφορά αρχείων (FTP) και το ηλεκτρονικό ταχυδροµείο (SΜΤΡ), όπως φαίνεται στο σχήµα 4-2. Το πρωτόκολλο νοητού τερµατικού επιτρέπει στον χρήστη µιας µηχανής να εισέλθει σε µια µακρινή µηχανή και να δουλέψει εκεί. Το πρωτόκολλο µεταφοράς αρχείων παρέχει έναν τρόπο αποδοτικής µετακίνησης δεδοµένων από µια µηχανή σε µια άλλη. Το ηλεκτρονικό ταχυδροµείο ήταν αρχικά ένα είδος µεταφοράς αρχείων αλλά αργότερα αναπτύχθηκε ένα εξειδικευµένο πρωτόκολλο γι' αυτό. Σε αυτά προστέθηκαν µε τα χρόνια και πολλά άλλα πρωτόκολλα, όπως το DNS για την αντιστοίχηση των ονοµάτων των κόµβων µε τις διευθύνσεις τους στο δίκτυο το NNTP, το πρωτόκολλο που χρησιµοποιείται για τη διασπορά νέων, το HTTP, το πρωτόκολλο που προσκοµίζει σελίδες στο World Wide Web (WWW), και πολλά άλλα.

4.4.4 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΕΣΟ Κάτω από το Επίπεδο ∆ικτύου, υπάρχει ένα µεγάλο κενό. Το µοντέλο αναφοράς TCP/IP δεν αναφέρει πολλά ως προς το τι συµβαίνει εκεί, εκτός από την υπόδειξη, ότι ο κόµβος πρέπει να συνδεθεί µε το δίκτυο χρησιµοποιώντας κάποιο πρωτόκολλο, ώστε να µπορεί να στέλνει πακέτα ΙΡ σ' αυτό. Τ ο πρωτόκολλο αυτό δεν είναι καθορισµένο και ποικίλει από κόµβο σε κόµβο και από δίκτυο σε δίκτυο. Ακόµη και τα βιβλία και οι δηµοσιεύσεις γύρω από το µοντέλο TCP/IP σπανίως το αναφέρουν.

4.5 ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ∆ΙΑ∆ΙΚΤΥΟΥ (ΙΡ) Το Πρωτόκολλο ∆ιαδικτύου (Internet Protocol - ΙΡ) είναι πρωτόκολλο του Επιπέδου ∆ιαδικτύου, δηλαδή του τρίτου επιπέδου κατά την ορολογία που έχει καθιερωθεί για να περιγράψει το OSI, και χρησιµοποιείται στη διασύνδεση

40

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ TCP / IP ηλεκτρονικών υπολογιστών που ανήκουν στο ίδιο ή σε διαφορετικά δίκτυα. Το ΙΡ υποστηρίζει τις παρακάτω λειτουργίες • Καθορίζει τη διευθυνσιοδότηση, τη δροµολόγηση, την τµηµατοποίηση και την επανασυναρµολόγηση των δεδοµένων. Για παράδειγµα, αν κάποιος ενδιάµεσος υπολογιστής παραλάβει µία µονάδα δεδοµένων που είναι πολύ µεγάλη για να µεταδοθεί στο επόµενο δίκτυο, τότε αυτή τµηµατοποιείται σε πακέτα από το ΙΡ, τα οποία µεταδίδονται ανεξάρτητα. Οι PDUs επανασυναρµολογούνται σε µία µονάδα, µόνο όταν φτάσουν στον παραλήπτη. Αν κάποια ρου χαθεί, τότε απορρίπτεται όλη η µονάδα. • Παρέχει ένα στοιχειώδη τρόπο ελέγχου ροής, έτσι ώστε, όταν µια πηγή δεδοµένων αποστέλλει µε µεγαλύτερους ρυθµούς από αυτούς που µπορεί να διαχειριστεί ο δέκτης, αυτό (ΙΡ) να ενηµερώνεται µε κατάλληλα µηνύµατα προκειµένου να συµµορφωθεί στον απαιτούµενο ρυθµό µετάδοσης. • Παραλαµβάνει από το επίπεδο µεταφοράς δεδοµένα µεγέθους 64 Kbytes το πολύ, τα τεµαχίζει σε µικρότερα τµήµατα, αν το κρίνει απαραίτητο και τα µεταδίδει στο δίκτυο. Η τµηµατοποίηση των πακέτων γίνεται στις περιπτώσεις κατά τις οποίες αυτά πρέπει, για να φτάσουν στον προορισµό τους, να περάσουν από δίκτυα που δεν µπορούν να χειριστούν µεγάλα πακέτο. Για παράδειγµα ένα δίκτυο Ethernet µπορεί να χειριστεί PDUs από 64 έως 1.500 bytes, οπότε σe αυτή την περίπτωση το ΙΡ µπορεί παρεµβαίνοντας να τµηµατοποιήσει τις PDUs των 64 Kbytes που παίρνει από το επίπεδο µεταφοράς σε µικρότερες PDUs των 1.500 bytes το πολύ. • Το ΙΡ δεν εγγυάται ότι οι µονάδες δεδοµένων θα διανεµηθούν οπωσδήποτε ή ότι θα διανεµηθούν σωστά. Εποµένως, όταν µία που απορρίπτεται, δεν είναι δεδοµένο ότι κάποιο ανώτερο πρωτόκολλο θα φροντίσει για την επαναµετάδοσή της.

Σχ 4-2 Η δοµή ενός πακέτου Ip

Στο σχήµα παρουσιάζεται η δοµή ενός πακέτου ΙΡ που έχει µέγιστο µήκος 64 Kbytes. Το ΙΡ έχει µία επικεφαλίδα (header) τουλάχιστον 20 bytes και ένα πεδίο για τα δεδοµένα (data) µεταβλητού µήκους. Αναλυτικά, αποτελείται από τα ακόλουθα πεδία: 1. Το πεδίο έκδοση (version). Είναι 4 δυαδικά ψηφία και δηλώνει την έκδοση του πρωτοκόλλου ΙΡ. 2. Το πεδίο µήκος επικεφαλίδας (header length). Είναι 4 δυαδικά ψηφία και προσδιορίζει το µήκος της επικεφαλίδας, καθώς και το πεδίο των επιλογών (options). Το µήκος της επικεφαλίδας υπολογίζεται σε 32 δυαδικά ψηφία, π.χ. για πακέτα ΙΡ χωρίς επιλογή το πεδίο αυτό έχει τιµή 5. 3. Το πεδίο τύπος υπηρεσίας (type of service). Είναι 8 δυαδικά ψηφία και

41

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ TCP / IP χαρακτηρίζει την ποιότητα µετάδοσης που επιδιώκει ένα πακέτο. Εδώ επιλέγεται αν το πακέτο πρέπει να φθάσει γρήγορα ανεξαρτήτως ποιότητας ή αν πρέπει να φθάσει σωστά ανεξαρτήτως χρόνου. Χαρακτηριστικά που προσδιορίζουν αυτή την ποιότητα είναι: a. Η αξιοπιστία, b. Η καθυστέρηση µετάδοσης, c. Ο ρυθµός διέλευσης (throughput) κτλ. 4. Το πεδίο συνολικό µήκος (total length). Είναι 16 δυαδικά ψηφία και προσδιορίζει το µήκος όλου του πακέτου, καθώς και της επικεφαλίδας και των δεδοµένων. Το µέγιστο µήκος του πακέτου µπορεί να φθάσει τα 65.536 bytes. 5. Το πεδίο αριθµός ταυτότητας (identification number). Χρησιµοποιείται στις περιπτώσεις κατάτµησης ενός πακέτου σε µικρότερα τµήµατα, ώστε ο υπολογιστής παραλήπτης να µπορεί στη συνέχεια να προσδιορίζει για κάθε τµήµα που φθάνει σε ποιο πακέτο ανήκει' Να σηµειωθεί ότι όλα τα τµήµατα ενός αυτοδύναµου πακέτου (Datagram) έχουν τον ίδιο αριθµό ταυτότητας. 6. Το πεδίο σήµανση (flags). Είνάι 3 δυαδικά ψηφίο. από τα οποία το πρώτο, το R. έχει τιµή Ο και υπάρχει για µελλοντική χρήση. Το δυαδικό ψηφίο DF (Don't Fragment) χρησιµοποιείται ως εντολή του αποστολέα του ΙΡ πακέτου προς το δίκτυο, ώστε αυτό να µην τεµαχιστεί, διότι ο παραλήπτης αδυνατεί να το επανασυνδέσει. a. Όταν το DF = 1, σηµαίνει ότι επιτρέπεται ο τεµαχισµός, ενώ b. Όταν το DF = 0, σηµαίνει ότι δεν επιτρέπεται Όταν το δυαδικό ψηφίο MF (More Fragments) έχει τιµή 1, δηλώνει στον παραλήπτη ότι ακολουθούν και άλλα τµήµατα του ίδιου κατακερµατισµένου πακέτου. Προφανώς το τελευταίο τµήµα του πακέτου έχει MF = 0. 7. Το πεδίο θέση τµήµατος (fragment offset). Προσδιορίζει τη θέση κάθε τµήµατος στο πακέτο, ώστε ο παραλήπτης να µπορεί να επανασυναρµολογήσει το πακέτο. Το πεδίο αυτό καθορίζει την απόσταση που έχει η θέση του συγκεκριµένου τµήµατος από την αρχή του ΙΡ πακέτου και µετριέται σε πολλαπλάσια του 8 δυαδικά ψηφία. 8. Το πεδίο χρόνος ζωής (life time). Προσδιορίζει το χρόνο ζωής του ΙΡ πακέτου. Ο χρόνος ζωής µετριέται σε δευτερόλεπτα, αλλά το πιο συνηθισµένο είναι να µετριέται σε αριθµό ζεύξεων (hops), επειδή ο χρόνος διέλευσης από ενδιάµεσο σταθµό σε έναν άλλο είναι κάτω του ενός δευτερολέπτου. Κάθε φορά που το πακέτο περνά από έναν ενδιάµεσο σταθµό, αφαιρείται µία µονάδα. Η τιµή έναρξης προσδιορίζεται από το πρωτόκολλο του ανώτερου επιπέδου που δηµιουργεί το πακέτο, ενώ η µέγιστη τιµή έναρξης είναι το 255. Όταν η τιµή αυτή γίνει µηδέν, το πακέτο καταστρέφεται, επειδή θεωρείται ότι έχει µπει σε ατέρµονο βρόγχο (loop) µέσα στο δίκτυο. 9. Το πεδίο πρωτόκολλο (protocol). Αναφέρεται στο πρωτόκολλο του επιπέδου µεταφοράς, που χρησιµοποιείται (π.χ. TCP. UDP) στον τελικό σταθµό προορισµού. Τυπικές τιµές του πεδίου αυτού είναι: a. TCP = 6 b. UDP= 17 10. Το πεδίο άθροισµα ελέγχου επικεφαλίδας Χρησιµοποιείται για τον έλεγχο ορθής µετάδοσης µόνο για για τα δεδοµένα. Επειδή υπάρχουν πεδία που αλλάζουν µηνύµατος, όπως είναι ο χρόνος ζωής, το άθροισµα επανυπολογίζεται σε κάθε ενδιάµεσο επίπεδο του δικτύου.

(header checksum). την επικεφαλίδα κι όχι κατά την πορεία του ελέγχου επικεφαλίδας

42

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ TCP / IP 11. Το πεδίο άθροισµα ελέγχου επικεφαλίδας Χρησιµοποιείται για τον έλεγχο ορθής µετάδοσης µόνο για για τα δεδοµένα. Επειδή υπάρχουν πεδία που αλλάζουν µηνύµατος, όπως είναι ο χρόνος ζωής, το άθροισµα επανυπολογίζεται σε κάθε ενδιάµεσο επίπεδο του δικτύου.

(header checksum). την επικεφαλίδα κι όχι κατά την πορεία του ελέγχου επικεφαλίδας

12. Το πεδίο διεύθυνση αποστολέα (source address). Είναι 32 δυαδικά ψηφία και προσδιορίζει την ΙΡ διεύθυνση του αποστολέα. Το πεδίο διεύθυνση παραλήπτη (destination address). Είναι 32 δυαδικά ψηφία και προσδιορίζει την ΙΡ διεύθυνση του παραλήπτη. 13. Το πεδίο επιλογές (options). Είναι µη υποχρεωτικό πεδίο µεταβλητού µήκους που χρησιµοποιείται για να αντιµετωπίζει θέµατα ασφάλειας, κατευθυνόµενης δροµολόγησης. χρονοσφραγίδων. καταγραφής διαδροµών κτλ. Όταν το µέγεθος του πεδίου αυτού δεν είναι πολλαπλάσιο των 32 δυαδικών ψηφίων, το υπόλοιπο συµπληρώνεται µε µηδενικά. 14. Το πεδίο συµπλήρωση δεδοµένων (padding data). Χρησιµοποιείται για να συµπληρωθεί µε 32 δυαδικά ψηφία το πεδίο επιλογές και έχει πάντα τιµή 0. 15. Το πεδίο δεδοµένα (data). Είναι το πεδίο που περιέχει µέρος των πραγµατικών δεδοµένων που στέλνει ο ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής στον άλλο. To TCP/IP αποτελείται από δύο βασικά πρωτόκολλα, το TCP και το UDP, τα οποία θα εξετάσουµε σε επόµενο κεφάλαιο.

43

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΟ INTERNET

5 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΟ INTERNET Το επίπεδο δικτύου παρέχει υπηρεσίες στο επίπεδο µεταφοράς. Οι υπηρεσίες αυτές µπορούν να είναι ή µε σύνδεση ή χωρίς σύνδεση. Οι υπηρεσίες µε σύνδεση έχουν πρωτογενείς λειτουργίες για την εγκατάσταση, τη χρήση και τον τερµατισµό των συνδέσεων, σε αντίθεση µ' αυτές οι οποίες είναι χωρίς σύνδεση που έχουν απλώς πρωτογενείς λειτουργίες για την αποστολή και τη λήψη δεδοµένων. Το µοντέλο OSI υποστηρίζει και τα δύο είδη. Λειτουργικά, η κύρια αποστολή του επιπέδου δικτύου είναι η δροµολόγηση πακέτων από την πηγή στον προορισµό. Μερικά δίκτυα εκτελούν δροµολόγηση τη στιγµή που γίνεται η εγκατάσταση µιας σύνδεσης και χρησιµοποιούν αυτή τη διαδροµή για όλα τα πακέτα της σύνδεσης. Άλλα δίκτυα δροµολογούν κάθε πακέτο ξεχωριστά. Κάθε προσέγγιση έχει τα δικά της πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα. Πολλοί αλγόριθµοι δροµολόγησης είναι γνωστοί. Η δροµολόγηση της συντοµότερης διαδροµής είναι γενικά απλή και χρησιµοποιείται ευρέως. Η δροµολόγηση πολλαπλών διαδροµών διασκορπίζει την κυκλοφορία σε πολλές διαδροµές, µε κέρδος βελτιωµένη απόδοση και υψηλότερη αξιοπιστία. Στη συγκεντρωτική δροµολόγηση, µία και µόνη µηχανή δροµολόγησης υπολογίζει όλες τις διαδροµές και τις µεταφορτώνει στα IMPs. Στην αποµονωµένη δροµολόγηση κάθε ΙΜΡ λαµβάνει δικές του αποφάσεις µε βάση τις συνθήκες της τοπικής κυκλοφορίας. Ανάµεσά τους βρίσκεται η κατανεµηµένη δροµολόγηση, στην οποία κάθε ΙΜΡ λαµβάνει αποφάσεις τοπικής δροµολόγησης, αλλά ανταλλάσσει και πληροφορίες µε τους γείτονες του. Η ιεραρχική δροµολόγηση είναι σηµαντική σε µεγάλα δίκτυα. Εάν στο υποδίκτυο υπάρχουν πάρα πολλά πακέτα, µπορεί να γίνει συµφόρηση και ο ρυθµός εξυπηρέτησης να πέσει κατακόρυφα. Η συµφόρηση µπορεί ν' αντιµετωπιστεί µε προκατανοµή ενδιάµεσων µνηµών, µε απόρριψη των πακέτων ή µε περιορισµό του αριθµού των πακέτων στο υποδίκτυο µε διάφορους τρόπους όπως το ισαριθµικό σχήµα ή έχοντας τα IMPs να στέλνουν πακέτα φραγής για να ελαττώνουν το ρυθµό εισόδου όταν αυτά υπερφορτώνονται. ∆ιάφορα είδη από αδιέξοδα µπορούν να συµβούν αλλά είναι γνωστοί και αλγόριθµοι για την αποφυγή τους. Η διασύνδεση δικτύων εµπλέκει τη σύνδεση δύο δικτύων µαζί. Η σύνδεση µεταξύ αυτών µπορεί να γίνει στο επίπεδο σύνδεσης δεδοµένων (γέφυρες) ή στο επίπεδο δικτύου (πύλες). Η ΙΕΕΕ έχει τυποποιήσει δύο κατηγορίες γεφυρών τύπου 802, τη γέφυρα µε δέντρο συνδέσεων και τη γέφυρα πηγαίας δροµολόγησης. Στην πρώτη, οι γέφυρες είναι πλήρως διαφανείς και αποκτούν πληροφορίες δροµολόγησης µε την τεχνική της ανάστροφης ενηµέρωσης. Στη δεύτερη, εµπλέκονται οι hosts χρησιµοποιώντας πλαίσια ανακάλυψης. Στο επίπεδο δικτύου δυο κατηγορίες διασύνδεσης έχουν εµπλακεί: συνενωµένα νοητά κυκλώµατα (Χ.75) και αυτοδύναµα πακέτα διαδικτύου (IP). Όπως µε τα νοητά κυκλώµατα και τα αυτοδύναµα πακέτα µέσα σ' ένα και µόνο υποδίκτυο, η προσέγγιση νοητού κυκλώµατος είναι απλή και αποφεύγει τη συµφόρηση, αλλά είναι δύσκαµπτη και σπαταλά πόρους. Παρόµοια, η προσέγγιση αυτοδύναµου πακέτου είναι ευέλικτη και δυναµική, αλλά µπορεί να υποφέρει από συµφόρηση. ∆ύο πρωτόκολλα του επιπέδου δικτύου είναι σε ευρεία χρήση σ' ολόκληρο τον κόσµο. Το πρωτόκολλο Χ.15, το οποίο είναι µε σύνδεση και χρησιµοποιείται στα δηµόσια δίκτυα δεδοµένων, και το πρωτόκολλο ΙΡ το οποίο είναι χωρίς σύνδεση και χρησιµοποιείται στο ARPΑ Internet, σε Πανεπιστήµια και στις περισσότερες εγκαταστάσεις που χρησιµοποιούν UNIX.

44


5.1 ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΟ ARPΑΝΕΤ – INTERNET Το επίπεδο δικτύου έχει περάσει από αρκετές τροποποιήσεις καθώς προβλήµατα εµφανίζονταν και επιλύονταν. Το τρέχον πρωτόκολλο του επιπέδου δικτύου, ΙΡ (lnternet Protocol Πρωτόκολλο ∆ιαδικτύου), παρουσιάστηκε νωρίς στη δεκαετία του 1980 και λειτουργεί από τότε. Πολλά άλλα δίκτυα το έχουν έκτοτε υιοθετήσει συνήθως σε συνδυασµό µε το πρωτόκολλο µεταφοράς του ARPANET, το TCP, το οποίο θα µελετήσουµε στο κεφάλαιο του επιπέδου µεταφοράς. Αντίθετα µε το πρωτόκολλο Χ.25, το οποίο είναι µε σύνδεση, το πρωτόκολλο του επιπέδου δικτύου του ARPANET είναι χωρίς σύνδεση. Αυτό βασίζεται στην ιδέα του διαδικτύου µε αυτοδύναµα πακέτα, τα οποία είναι διαφανή, αλλά όχι αναγκαστικά αξιόπιστα, και µεταφέρονται από τον host πηγής στον host προορισµού, πιθανώς διασχίζοντας αρκετά δίκτυα, όπως φαίνεται στο Σχ. 5-1. Η απόφαση να έχουµε το επίπεδο δικτύου να περιέχει µια αναξιόπιστη υπηρεσία χωρίς σύνδεση, εξελίχθηκε προοδευτικά από µια παλαιότερη αξιόπιστη υπηρεσία µε σύνδεση, όπως και το ίδιο το ARPΑΝΕΤ εξελίχθηκε στο ARPΑ Internet, που περιέχει πολλά δίκτυα, όχι όλα αξιόπιστα. Τοποθετώντας όλους τους µηχανισµούς αξιοπιστίας µέσα στο επίπεδο µεταφοράς, ήταν δυνατό να έχουµε αξιόπιστες συνδέσεις από άκρο σε άκρο, ακόµη και όταν µερικά από τα δίκτυα κάτω απ' αυτό δεν ήταν και πολύ αξιόπιστα.

Σχ. 5-1 Αυτοδύναµο πακέτο, µετακινούµενο από δίκτυο σε δίκτυο

Το πρωτόκολλο ΙΡ λειτουργεί ως ακολούθως. Το επίπεδο µεταφοράς λαµβάνει µηνύµατα και τα σπάζει σε αυτοδύναµα πακέτα, µέχρι 64Kbytes το καθένα. Κάθε αυτοδύναµο πακέτο µεταδίδεται µέσω του Internet, πιθανώς σπάζοντας σε µικρότερες µονάδες καθώς προχωρεί. Όταν όλα τα κοµµάτια τελικά φτάνουν στη µηχανή προορισµού, συναρµολογούνται ξανά από το επίπεδο µεταφοράς για τη δηµιουργία του αυθεντικού µηνύµατος.

45

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΟ INTERNET Πρωτογενής Λειτουργία Υπηρεσίας ∆ικτύου Ενέργεια Χ.25 N-CONNECT. Request Στέλνει CALL REQUEST N-CONNECT. Indication Φτάνει CALL REQUEST N-CONNECT.response Στέλνει CALL ACCEPTED N-CONNECT.confirm Φτάνει CALL ACCEPTED N-DISCONNECT.request Στέλνει CLEAR REQUEST N-DISCONNECT. Indication Φτάνει CLEAR REQUEST N-DA Τ A.request Στέλνει πακέτο δεδοµένων N-DA Τ A.indication Φτάνει πακέτο δεδοµένων N-DA Τ A-ACKNOWLEDGE. request Όχι πακέτο N-DA Τ A-ACKNOWLEDGE. indication Όχι πακέτο N-EXPEDITED-DA Τ A.request Στέλνει INTERRUPT N-EXPEDITED-DA Τ A.indication Φτάνει INTERRUPT N-RESET. Request Στέλνει RESET REQUEST N-RESET .indication Φτάνει RESET REQUEST N-RESET .response καµία N-RESET. confirm Καµία Σχ. 5.2. Αντιστοίχιση των υπηρεσιών µε σύνδεση του επιπέδου δικτύου στο Χ.25.

Ένα αυτοδύναµο πακέτο ΙΡ αποτελείται από το τµήµα της επικεφαλίδας και το τµήµα του κειµένου. Η επικεφαλίδα έχει ένα σταθερό τµήµα20 bytes. και ένα τµήµα µεταβλητού µήκους προαιρετικό. Η µορφή της επικεφαλίδας δίνεται στο Σχ. 5-50. Το πεδίο Έκδοση (Version) κρατά στοιχεία για την έκδοση του πρωτοκόλλου στην οποία ανήκει το αυτοδύναµο πακέτο. Συµπεριλαµβάνοντας την έκδοση σε κάθε αυτοδύναµο πακέτο, δεν αποκλείεται η δυνατότητα αλλαγής πρωτοκόλλων ενώ το δίκτυο λειτουργεί. Αφού το µήκος της επικεφαλίδας δεν είναι σταθερό, ένα πεδίο στην επικεφαλίδα, το IHL, διατίθεται για να προσδιορίζει πόσο µεγάλη σε µήκος είναι η επικεφαλίδα, µετρηµένη σε λέξεις των 32 bits. Η ελάχιστη τιµή είναι 5. Το πεδίο Τύπος Υπηρεσίας (Type of Service) επιτρέπει στον host να λέγει στο υποδίκτυο τι είδος υπηρεσίας επιθυµεί. Είναι δυνατοί διάφοροι συνδυασµοί αξιοπιστίας και ταχύτητας. Για την ψηφιοποιηµένη φωνή, η ταχεία παράδοση είναι πολύ σηµαντικότερη από τη διόρθωση των σφαλµάτων µετάδοσης. Για τη µεταφορά αρχείων, η ακριβής µετάδοση είναι πολύ πιο σηµαντική από την ταχεία παράδοση. ∆ιάφοροι άλλοι συνδυασµοί είναι επίσης δυνατοί από την κοινή κυκλoφορία µέχρι την αστραπιαία µετάδοση. Το Συνολικό Μήκος (Total Length) περιλαµβάνει οτιδήποτε υπάρχει µέσα στο αυτοδύναµο πακέτο - και επικεφαλίδα και δεδοµένα. Το µέγιστο µήκος είναι 65.536 bytes. Το πεδίο Αναγνώρισης ταυτότητας (lntentification) απαιτείται για να επιτρέπει στον host προορισµού ν' αποφασίζει σε ποιο αυτοδύναµο πακέτο ανήκει ένα πρόσφατα αφιχθέν κοµµάτι. Όλα τα κοµµάτια ενός αυτοδύναµου πακέτου έχουν την ίδια τιµή στο πεδίο Αναγνώρισης ταυτότητας.

46


Σχ. 5-3. Η επικεφαλίδα του ΙΡ. (lnternet Protocol).

Κατόπιν ακολουθεί ένα αχρησιµοποίητο bit και µετά δύο πεδία του 1 bit. Το DF, σηµαίνει Μην τεµαχίζεις (Don't Fragment). Είναι µια διαταγή στις πύλες να µην τεµαχίσουν το αυτοδύναµο πακέτο, διότι ο προορισµός δεν µπορεί να τοποθετήσει τα κοµµάτια ξανά µαζί. Για παράδειγµα, ένα αυτoδύναµo πακέτο το οποίο µεταφορτώνεται σ' έναν µικρό µικροϋπολογιστή για εκτέλεση, µπορεί να χαρακτηριστεί µε OF, διότι η ROM του µικροϋπολογιστή περιµένει ολόκληρο το πρόγραµµα σ' ένα αυτοδύναµο πακέτο. Εάν το αυτοδύναµο πακέτο δεν µπορεί να διαβιβαστεί µέσω ενός δικτύου, πρέπει είτε να δροµολογηθεί παρακάµπτοντας το δίκτυο είτε ν' απορριφθεί. Το MF σηµαίνει Περισσότερα Κοµµάτια (More Fragments). Όλα τα κοµµάτια, εκτός από το τελευταίο, θα πρέπει να έχουν σε κατάσταση 1 αυτό το bit. Αυτό χρησιµοποιείται ως δεύτερος έλεγχος (το πεδίο Συνολικού µήκους είναι ο πρώτος), ώστε να είναι βέβαιο ότι δεν λείπουν κοµµάτια και ότι ολόκληρο το αυτοδύναµο πακέτο συναρµολογείται ξανά. Η Μετατόπιση Κοµµατιού (Framgment Offset) λέει σε ποιο σηµείο ανήκει αυτό το κοµµάτι στο τρέχον αυτοδύναµο πακέτο. Όλα τα κοµµάτια εκτός από τελευταίο του αυτοδύναµου πακέτου πρέπει να είναι πολλαπλάσια των 8 bytes, που είναι η στοιχειώδης µονάδα κοµµατιού. Επειδή παρέχονται 13 bits, υπάρχουν το πολύ 8192 κοµµάτια ανά αυτοδύναµο πακέτο, δίνοντας ένα µέγιστο µήκος αυτοδύναµου πακέτου 65536 bytes, σε συµφωνία µε το πεδίο Συνολικού µήκους. Το πεδίο Χρόνος Ζωής (Time to Life) είναι ένας µετρητής χρόνου που χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό του χρόνου ζωής των πακέτων. Όταν αυτός γίνεται µηδέν, το πακέτο καταστρέφεται. Η µονάδα χρόνου είναι το δευτερόλεπτο, που επιτρέπει ένα µέγιστο χρόνο ζωής 255 sec. Όταν το επίπεδο δικτύου έχει συναρµολογήσει ένα ολοκληρωµένο αυτοδύναµο πακέτο, απαιτείται να γνωρίζει τι να το κάνει. Το πεδίο Πρωτοκόλλου (Protocol) λέγει σε ποια από τις διάφορες διεργασίες µεταφοράς ανήκει το αυτοδύναµο πακέτο. Το TCP είναι βεβαίως µια δυνατότητα, αλλά µπορεί να υπάρχουν και άλλες. Το Άθροισµα Ελέγχου Επικεφαλίδας (Header Checksum) επιβεβαιώνει µόνο την επικεφαλίδα. Ένα τέτοιο άθροισµα ελέγχου είναι χρήσιµο διότι η επικεφαλίδα µπορεί να τροποποιηθεί σε µια πύλη (π.χ. µπορεί να συµβεί τεµαχισµός). Η ∆ιεύθυνση Πηγής (Source Address) και ∆ιεύθυνση Προορισµού (Destination Address) δείχνουν τον αριθµό δικτύου και τον αριθµό του host. Χρησιµοποιούνται τέσσερις διαφορετικές µορφές, όπως φαίνεται στο Σχ. 5-4. Τα τέσσερα σχήµατα επιτρέπουν µέχρι 128 δίκτυα µε 16 εκατοµµύρια hosts το καθένα, 16.384 δίκτυα µε 64 Κ hosts το καθένα, 2 εκατοµµύρια δίκτυα, πιθανότατα LANs, µε 256 hosts το καθένα, και πολλαπλή αποστολή, στην οποία ένα αυτοδύναµο πακέτο κατευθύνεται 47

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΟ INTERNET σε µια οµάδα από hosts. Περίπου 1000 δίκτυα που βρίσκονται σε ερευνητικά εργαστήρια, στο Υπουργείο Άµυνας, σε άλλες κυβερνητικές και εµπορικές θέσεις αποτελούν σήµερα τµήµα του ARPΑ Internet. ∆ιευθύνσεις που αρχίζουν µε 1111 έχουν κρατηθεί για µελλοντική χρήση.

Σχ. 5-4 Μορφές διευθύνσεων πηγής και προορισµού IP.

Το πεδίο Επιλογές (Options) χρησιµοποιείται για ασφάλεια, πηγαία δροµολόγηση, αναφορά σφαλµάτων, διόρθωση σφαλµάτων, σφράγισµα χρόνου και άλλες πληροφορίες. Βασικά αυτό παρέχει µια διέξοδο που επιτρέπει σε επόµενες εκδόσεις, του πρωτοκόλλου να περιλαµβάνουν πληροφορίες που δεν είναι παρούσες στην αυθεντική σχεδίαση, και σ' αυτούς που πειραµατίζονται να δοκιµάζουν νέες ιδέες, και να αποφεύγουν την κατανοµή των bits της επικεφαλίδας σε πληροφορίες που σπάνια χρησιµοποιούνται. Η λειτουργία του ARPΑΝΕΤ παρακολουθείται στενά από τα IMPs και τις πύλες. Όταν συµβαίνει κάτι ύποπτο, το συµβάν αναφέρεται από το ICMP (lnternet Control Message Protocol Πρωτόκoλλo Μηνύµατος Ελέγχου ∆ιαδικτύου), το οποίο χρησιµοποιείται επίσης για τη δοκιµή του Internet. Περίπου µια δεκάδα κατηγορίες µηνυµάτων ICMP έχουν οριστεί. Κάθε κατηγορία µηνύµατος ενσωµατώνεται σ' ένα πακέτο ΙΡ. Το µήνυµα DESTINATION UNREACHABLE (ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ ΜΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΙΜΟΣ) χρησιµοποιείται όταν το υποδίκτυο ή' µια πύλη δεν µπορεί να εντοπίσει τον προορισµό, ή ένα πακέτο µε το bit DF δεν µπορεί να παραδοθεί διότι ένα δίκτυο "µικρού .πακέτου" παρεµβάλλεται στη διαδροµή. Το µήνυµα ΤΙΜΕ EXCEEDED (ΧΡΟΝΟΣ ΕΛΗΞΕ) αποστέλλεται όταν απορρίπτεται ένα πακέτο, επειδή ο µετρητής χρόνου έφτασε στο µηδέν. Το συµβάν αυτό δηλώνει ή ότι πακέτα έχουν εµπλακεί σε βρόχο (looping), ή ότι υπάρχει τεράστια συµφόρηση, ή ότι οι τιµές του µετρητή χρόνου έχουν τοποθετηθεί πολύ χαµηλά. Το µήνυµα PARAMETER PROBLEM (ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥ) φανερώνει ότι έχει εντοπιστεί µια άκυρη τιµή στο πεδίο της επικεφαλίδας. Το πρόβληµα αυτό δείχνει ένα σφάλµα (bug) στο λογισµικό του ΙΡ στον host αποστολέα, ή πιθανόν στο λογισµικό µιας πύλης µετάβασης. Το µήνυµα SOURCE QUENCH (ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΗΓΗΣ) χρησιµοποιείται για 'να περιορίσει τους hosts οι οποίοι στέλνουν πάρα πολλά πακέτα. Όταν ένας host λαµβάνει αυτό το µήνυµα, αναµένεται να ελαττώσει το ρυθµό του. Το µήνυµα REDIRECT (ΕΠΑΝΑΚΑΤΕΥΘΥΝΩ) χρησιµοποιείται όταν µια πύλη παρατηρήσει ότι ένα πακέτο φαίνεται ότι έχει δροµολογηθεί εσφαλµένα. Για παράδειγµα, εάν µια πύλη στο Λος Άντζελες δει ένα πακέτο, το οποίο ήλθε από τη Νέα Υόρκη και κατευθύνεται για τη Βοστόνη, θα χρησιµοποιήσει αυτό το µήνυµα για ν' αναφέρει το συµβάν και να βοηθήσει τη διόρθωση της δροµολόγησης. Τα µηνύµατα ECHO REQUEST (ΑΙΤΗΣΗ ΗΧΟΥΣ) και ECHO REPLΥ (ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΗΧΟΥΣ) χρησιµοποιούνται για να γίνει ορατό αν ένας συγκεκριµένος 48

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΤΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΟ INTERNET προορισµός είναι προσβάσιµος και ζωντανός. Από τη στιγµή που θα ληφθεί το µήνυµα ECHO, ο προορισµός αναµένεται να στείλει πίσω το µήνυµα ECHO REPL Υ. Τα µηνύµατα TIME STΑΜΡ REQUEST (ΑΙΤΗΣΗ ΜΕ ΣΦΡΑΓΙ∆Α ΧΡΟΝΟΥ) και TIME STAMP REPL Υ (ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΜΕ ΣΦΡΑΓΙ∆Α ΧΡΟΝΟΥ) είναι παρόµοια, εκτός από το ότι ο χρόνος άφιξης του µηνύµατος και η ώρα αναχώρησης της απάντησης καταγράφονται στην απάντηση. Αυτή η ευκολία χρησιµοποιείται για τη µέτρηση της απόδοσης του δικτύου. Πέρα απ' αυτά τα µηνύµατα, υπάρχουν άλλα τέσσερα τα οποία ασχολούνται µε τη διευθυνσιοδότηση του διαδικτύου, για να επιτρέπουν στους hosts ν' ανακαλύπτουν τους αριθµούς του δικού τους δικτύου καιν' αντιµετωπίζουν την περίπτωση που πολλά LANs µοιράζονται µια και µόνο διεύθυνση ΙΡ. Αρχικά το ARPΑΝΕΤ χρησιµοποιούσε τον αλγόριθµο κατανεµηµένης δροµολόγησης. Μετά από 10 χρόνια περίπου, ο αλγόριθµος αντικαταστάθηκε διότι έριχνε ορισµένα πακέτα σε βρόχο για πολύ χρόνο και δεν χρησιµοποιούσε εναλλακτικές διαδροµές. Πέραν αυτών, το ARPANET είχε µεγαλώσει σε τέτοιο µέγεθος, ώστε η κυκλοφορία που παράγονταν από τις ανταλλαγές των πινάκων δροµολόγησης έγινε τόσο µεγάλη, που εµπόδιζε την κανονική κυκλοφορία. Στον αλγόριθµο που τον διαδέχθηκε, κάθε ΙΜΡ τηρεί εσωτερικά µια αναπαράσταση ολόκληρου του ARPANET, συµπεριλαµβανοµένων και των καθυστερήσεων κάθε γραµµής. Χρησιµοποιώντας αυτή τη βάση δεδοµένων, κάθε ΙΜΡ υπολογίζει τη συντοµότερη διαδροµή απ' αυτόν µέχρι κάθε άλλον ΙΜΡ, χρησιµοποιώντας ως µέτρο την καθυστέρηση. Επειδή κάθε ΙΜΡ τρέχει τον αλγόριθµο της συντοµότερης διαδροµής στην (σχεδόν) ίδια βάση δεδοµένων, οι διαδροµές είναι σταθερές και δηµιουργούνται λίγοι βρόχοι. Για την προσαρµογή στις αλλαγές της κυκλοφορίας και της τοπολογίας, κάθε ΙΜΡ µετράει τη µέση καθυστέρηση σε καθεµιά από τις γραµµές του ανά 10 sec. Τα αποτελέσµατα αυτών των µετρήσεων, µαζί µ' έναν ενηµερωµένο αριθµό διάταξης, εκπέµποντας τότε σε όλα τα υπόλοιπα IMPs χρησιµοποιώντας τον αλγόριθµο του πληµµυρίσµατος.

49

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ TCP ΚΑΙ UDP ΓΙΑ ΤΟ INTERNET

6 ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ TCP ΚΑΙ UDP ΓΙΑ ΤΟ INTERNET Τα τερµατικά συστήµατα χρησιµοποιούν το διαδίκτυο για να επικοινωνούν µεταξύ τους. Οι ζεύξεις, οι δροµολογητές και τα άλλα συστήµατα του διαδικτύου περιέχουν τον τρόπο µεταφοράς αυτών των µηνυµάτων ανάµεσα στα προγράµµατα των συστηµάτων. Ποια είναι όµως τα χαρακτηριστικά των υπηρεσιών επικοινωνίας που παρέχει το διαδίκτυο στα τερµατικά του συστήµατα; Τα δίκτυα TCP/IP, και ειδικότερα το διαδίκτυο, παρέχουν δύο τύπους υπηρεσιών σε ακραίες εφαρµογές: την ασυνδεσιστρεφή υπηρεσία (UDP) και την συνδεσιστρεφή υπηρεσία (TCP). Ένας προγραµµατιστής που δηµιουργεί µία εφαρµογή διαδικτύου (για παράδειγµα, µία εφαρµογή e-mail, µία εφαρµογή µεταφοράς αρχείων ή µία υπηρεσία τηλεφωνίας µέσω internet (VOIP)) πρέπει να σχεδιάσει την εφαρµογή έτσι ώστε να χρησιµοποιεί µία από αυτές τις υπηρεσίες. Τώρα θα περιγράψουµε συνοπτικά αυτές τις δύο υπηρεσίες.

6.1 ΣΥΝ∆ΕΣΙΣΤΡΕΦΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ (TCP) 6.1.1 Η ∆ΙΑ∆ΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΧΕΙΡΑΨΙΑΣ Όταν µία εφαρµογή χρησιµοποιεί την συνδεσυστρεφή υπηρεσία, το πρόγραµµα πελάτης και το πρόγραµµα εξυπηρετητής (που βρίσκονται σε διαφορετικά τερµατικά συστήµατα) στέλνουν πακέτα ελέγχου, το ένα στο άλλο, πριν να στείλουν πακέτα µε πραγµατικά δεδοµένα (π.χ. µηνύµατα e-mail). Αυτή, η ονοµαζόµενη διαδικασία της χειραψίας, προειδοποιεί τον πελάτη και τον εξυπηρετητή, επιτρέποντάς τους να προετοιµαστούν για µία ανταλλαγή πακέτων. Όταν τελειώσει η διαδικασία χειραψίας, λέγεται ότι έχει αποκατασταθεί µία σύνδεση ανάµεσα στα δύο τερµατικά συστήµατα. Είναι ενδιαφέρων να παρατηρήσετε ότι αυτή η αρχική διαδικασία χειραψίας είναι παρόµοια µε το πρωτοκολλώ σε µία ανθρώπινη αλληλεπίδραση. Η ανταλλαγή των «Γεια» µεταξύ εµάς κι ενός φύλλου µας που συναντάµε στον δρόµο, είναι ένα παράδειγµα ανθρώπινου “πρωτοκόλλου χειραψίας” (αν και η χειραψία δεν γίνεται ανάµεσα στους δύο ανθρώπους). Για την αλληλεπίδραση Web τα δύο πρώτα µηνύµατα που ανταλλάσσονται είναι επίσης µηνύµατα χειραψίας. Τα επόµενα δύο µηνύµατα – το µήνυµα GET και το απαντητικό µήνυµα που περιέχει το αρχείο – περιλαµβάνουν πραγµατικά δεδοµένα και στέλνονται µόνο αφού αποκατασταθεί η σύνδεση. Γιατί χρησιµοποιείται η ορολογία “συνδεσιστρεφης υπηρεσία” και όχι απλώς “υπηρεσία σύνδεσης”; Η ορολογία οφείλεται στο γεγονός ότι τα τερµατικά συστήµατα συνδέονται µε έναν πολύ χαλαρό τρόπο. Ειδικά, µόνο τα ίδια τα τερµατικά συστήµατα ξέρουν για αυτή την σύνδεση. Οι µεταγωγείς πακέτου (δηλαδή οι δροµολογητές) µέσα στο διαδίκτυο δεν γνωρίζουν τίποτε για την σύνδεση. Πράγµατι, µία σύνδεση στο διαδίκτυο δεν αποτελείται από τίποτα περισσότερο παρά µόνο από εκχωρηµένους ενταµιευτές (buffers) και µεταβλητές κατάστασης στα τερµατικά συστήµατα. Οι ενδιάµεσοι µεταγωγείς πακέτου δεν κρατούν καµία πληροφορία για την κατάσταση της σύνδεσης.

6.1.2 ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ Η συνδεσυστρεφής υπηρεσία του διαδικτύου παρέχεται µαζί µε αρκετές άλλες υπηρεσίες, που περιλαµβάνουν την αξιόπιστη µεταφορά δεδοµένων, τον έλεγχο ροής και τον έλεγχο συµφόρησης. Με τον όρο αξιόπιστη µεταφορά δεδοµένων, εννοούµε 50

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ TCP ΚΑΙ UDP ΓΙΑ ΤΟ INTERNET ότι µία εφαρµογή µπορεί να βασίζεται στην σύνδεση για να παραδώσει όλα τα δεδοµένα της, χωρίς σφάλµατα και µε την σωστή σειρά. Η αξιοπιστία στο διαδίκτυο επιτυγχάνεται µέσω της χρήση γνωστοποιήσεων και αναµεταδόσεων. Για να πάρετε µια αρχική αίσθηση του πώς το διαδίκτυο υλοποιεί την αξιόπιστη υπηρεσία µεταφοράς, σκεφτείτε µια εφαρµογή που έχει αποκαταστήσει µια σύνδεση ανάµεσα στα τερµατικά συστήµατα Α και Β. Όταν το τερµατικό σύστηµα Β δεχτεί ένα πακέτο από το τερµατικό σύστηµα Α, στέλνει µία γνωστοποίηση. Όταν το σύστηµα Α δεν δεχθεί µια γνωστοποίηση, υποθέτει ότι το πακέτο που έστειλε δεν λήφθηκε από τον Β και έτσι αναµεταδίδει πάλι το πακέτο. Ο έλεγχος ροής σιγουρεύει ότι καµία από τις δύο πλευρές της σύνδεσης δεν κατακλύζει την άλλη πλευρά στέλνοντάς της πολλά πακέτα, πολύ γρήγορα. Πράγµατι, υπάρχει κίνδυνος ο παραλήπτης να µην µπορεί να παρακολουθήσει τον ρυθµό µε τον οποίο ο αποστολέας στέλνει πακέτα. Η υπηρεσία ελέγχου ροής υποχρεώνει το τερµατικό σύστηµα αποστολής να µειώσει τους ρυθµούς του, όταν υπάρχει τέτοιος κίνδυνος. Το διαδίκτυο υλοποιεί την υπηρεσία έλεγχου ροής, χρησιµοποιώντας ενταµιευτές στον αποστολέα και στον παραλήπτη, στα επικοινωνούντα τερµατικά συστήµατα. Η υπηρεσία ελέγχου συµφόρησης του ∆ιαδικτύου βοηθάει στο να απαγορεύεται στο διαδίκτυο να εισαχθεί σε µία κατάσταση αδιεξόδου. Όταν γίνεται συµφόρηση σε ένα δροµολογητή, οι ενταµιευτές του µπορούν να υπερχειλίσουν και να συµβεί απώλεια πακέτων. Σε τέτοιες περιπτώσεις, αν κάθε ζεύγος επικοινωνούντων συστηµάτων, συνεχίσει να στέλνει πακέτα µέσα στο δίκτυο, όσο πιο γρήγορα µπορεί, προκαλείται αδιέξοδο και λίγα µόνο πακέτα παραδίδονται στους προορισµούς τους. Το δίκτυο αποφεύγει αυτό το πρόβληµα υποχρεώνοντας τα τερµατικά συστήµατα να µειώσουν τον ρυθµό µε τον οποίον στέλνουν πακέτα στο δίκτυο κατά την διάρκεια περιόδων συµφόρησης. Τα τερµατικά συστήµατα προειδοποιούνται για την εµφάνιση συµφόρησης όταν σταµατούν να δέχονται γνωστοποιήσεις για τα πακέτα που έχουν στείλει. Εδώ πρέπει να τονίσουµε ότι αν και η συνδεσιστρεφής υπηρεσία του διαδικτύου παρέχεται µαζί µε την αξιόπιστη µεταφορά δεδοµένων, τον έλεγχο ροής και τον έλεγχο συµφόρησης, αυτά τα τρία χαρακτηριστικά δεν είναι κατά κανένα τρόπο ουσιώδη συστατικά µίας συνδεσυστρεφούς υπηρεσίας. Ένας διαφορετικός τύπος δικτύου υπολογιστών µπορεί να παρέχει µία συνδεσυστρεφή υπηρεσία στις εφαρµογές του χωρίς να περιλαµβάνει ένα ή περισσότερα από τα χαρακτηριστικά αυτά. Πράγµατι κάθε πρωτόκολλο που κάνει χειραψία ανάµεσα σε επικοινωνούντες οντότητες πριν να µεταφέρει δεδοµένα, είναι µία συνδεσιστρεφής υπηρεσία (Iren 1999). Τέλος η συνδεσιστρεφής υπηρεσία παρέχει τις παρακάτω λειτουργίες: 1. τη λογική σύνδεση και αποσύνδεση µε το οµότιµό του πρωτόκολλο. 2. την µετάδοση των δεδοµένων σε πακέτα που δεν υπερβαίνουν τα 64 Kb. 3. την αξιοπιστία της µετάδοσης. 4. την ολικά αµφίδροµη επικοινωνία κ.α. H συνδεσιστρεφής υπηρεσία του διαδικτύου έχει ένα όνοµα: TCP – Transmission Control Protocol. Η αρχική έκδοση του πρωτοκόλλου TCP ορίζεται στο Internet Request For comments RFC 793. Οι υπηρεσίες που παρέχει το TCP σε µία εφαρµογή περιλαµβάνουν την αξιόπιστη µεταφορά δεδοµένων, τον έλεγχο ροής και τον έλεγχο συµφόρησης. Είναι σηµαντικό να παρατηρήσετε ότι µια εφαρµογή χρειάζεται να ασχολείται µόνο µε τις υπηρεσίες που παρέχονται. ∆εν χρειάζεται να ασχολείται µε το πώς το TCP υλοποιεί την αξιοπιστία, τον έλεγχο ροής και τον έλεγχο συµφόρησης.

51

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ TCP ΚΑΙ UDP ΓΙΑ ΤΟ INTERNET

6.1.3 ΠΑΚΕΤΑ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ TCP Προκειµένου το TCP να επικοινωνήσει µε το επίπεδο εφαρµογής αλλά και οι εφαρµογές µεταξύ τους, χρησιµοποιείται η έννοια της θύρας ή πόρτας (port). Η θύρα είναι ένα πεδίο στην επικεφαλίδα του TCP. Σε κάθε εφαρµογή αντιστοιχεί και µία ορισµένη τιµή. Οι πιο συνηθισµένες εφαρµoγές έχουν µια συγκεκριµένη τιµή θύρας όπως για παράδειγµα: FTP (File Transfer Protocol): 21 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): 25 Τelnet: 23

Σχ. 6.1 Ο Header (επικεφαλίδα) του TCP

Στο σχήµα παρουσιάζεται η δοµή µίας ρου του πακέτου TCP που έχει µέγιστο µήκος 64 Kbytes. Τ ο πακέτο αυτό αποτελείται από τα ακόλουθα πεδία: 1. Τα πεδία θύρα αφετηρίας (source port) και θύρα προορισµού(destination port). Αναφέρονται στον αριθµό της θύρας που αντιστοιχεί στην τρέχουσα εφαρµογή. 2. Το πεδίο αριθµός διάταξης (sequence number). Είναι 32 δυαδικών ψηφίων και εξασφαλίζει ότι, όταν τα δεδοµένα κατατµηθούν σε PDUs, αυτές θα τοποθετηθούν σε σωστή σειρά. 3. Το πεδίο αριθµός επιβεβαίωσης λήψης (acknowledgement number). Είναι 32 δυαδικών ψηφίων και εξασφαλίζει ότι οι PDUs που λαµβάνονται από τον παραλήπτη τοποθετούνται στη σωστή σειρά. 4. Το πεδίο µήκος επικεφαλίδας (header length). Είναι 4 δυαδικών ψηφίων και αναφέρει πόσα πεδία των 32 δυαδικών ψηφίων βρίσκονται στην επικεφαλίδα του TCP. 5. Το πεδίο δεσµευµένο (reserved) . Είναι 6 δυαδικών ψηφίων και πρόκειται να χρησιµοποιηθεί µελλοντικά. Η τιµή του σήµερα είναι 0. Ακολουθούν 6 δυαδικά ψηφία, τα οποία αποτελούν σηµάνσεις (flags) και τα 52

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ TCP ΚΑΙ UDP ΓΙΑ ΤΟ INTERNET οποία είναι: 1. Το επείγον (U:urgent), το οποίο προσδιορίζει την ύπαρξη επειγόντων δεδοµένων, όπως σήµατα ελέγχου, διακοπτικά στοιχεία, χαρακτήρες ελέγχου οθόνης κ.τ.λ. 2. Η επιβεβαίωση (A:acknowledgement), η οποία χρησιµοποιείται για να δηλώσει ότι η σύνδεση αποκαταστάθηκε. 3. Το τέλος µηνύµατος (ΕΟΜ ή P:push). το οποίο χρησιµοποιείται για να δηλώσει τον τερµατισµό του µηνύµατος. 4. Η επανεκκίνηση (R:reset). η οποία χρησιµοποιείται για να αποκαταστήσει µια χαµένη σύνδεση. 5. Ο συγχρονισµός ή αποκατάσταση (S:syn), η οποία χρησιµοποιείται για να αρχικοποιήσει µία σύνδεση ή για να αποκαταστήσει µία λανθασµένη σύνδεση. 6. Το τέλος (F:fin). το οποίο χρησιµοποιείται για να δηλώσει το τέλος της αποστολής των δεδοµένων. Τι είναι τα πεδία; • Το πεδίο παράθυρο (window). Είναι 16 δυαδικών ψηφίων και χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της ροής των δεδοµένων. • Το πεδίο έλεγχος αθροίσµατος (checksum). Είναι 16 δυαδικών ψηφίων και χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της ορθότητας των δεδοµένων. • Το πεδίο επείγον δείκτης (urgent pointer). Είναι 16 δυαδικών ψηφίων, και χρησιµοποιείται για να εντοπιστεί ο πρώτος χαρακτήρας δεδοµένων µετά από αυτά που έχουν χαρακτηριστεί ως επείγοντα. • Το πεδίο επιλογές (options). Είναι µεταβλητού µήκους και χρησιµοποιείται για να προσδιορίσει διάφορες λειτουργίες που απαιτούνται από το TCP, όπως για παράδειγµα το µέγιστο µήκος της µονάδας δεδοµένων πρωτοκόλλου µεταφοράς (TPDU). • Το πεδίο συµπλήρωση δεδοµένων (padding data). Χρησιµοποιείται για να συµπληρώσει το προηγούµενο πεδίο, έτσι ώστε αυτό να γίνει 32 δυαδικών ψηφίων, και έχει πάντα τιµή 0. • Το πεδίο δεδοµένα (data). Είναι µέρος των πραγµατικών δεδοµένων που στέλνει ο ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής στον άλλο.

6.2 ΑΣΥΝ∆ΕΣΙΣΤΡΕΦΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ (UDP) ∆εν υπάρχει λειτουργία υπηρεσίας µε την ασυνδεσιστρεφή υπηρεσία του διαδικτύου. Όταν µία πλευρά µίας εφαρµογής θέλει να στείλει τα πακέτα στην άλλη πλευρά της εφαρµογής, το πρόγραµµα αποστολής απλώς τα στέλνει. Εφόσον δεν υπάρχει η λειτουργία της χειραψίας πριν από την µετάδοση του πακέτου δεδοµένων, τα δεδοµένα µπορούν να παραδοθούν ταχύτερα. ∆εν υπάρχει όµως αξιόπιστη µεταφορά δεδοµένων, οπότε µία πηγή δεν γνωρίζει ποια πακέτα έχουν φτάσει στον προορισµό του. Η ασυνδεσιστρεφής υπηρεσία δεν παρέχει έλεγχο ροής και έλεγχο συµφόρησης. Η ασυνδεσιστρεφής σύνδεση καλείται UDP (User Datagram Protocol, πρωτόκολλο δεδοµενογράµµατος χρήστη). Το UDP ορίζεται στο Internet Request For comments RFC 768. Οι περισσότερες από τις πιο γνωστές εφαρµογές του διαδικτύου χρησιµοποιούν TCP. Αυτές οι εφαρµογές περιλαµβάνουν το TELNET (για αποµακρυσµένη σύνδεση), SMTP (ηλεκτρονικό ταχυδροµείο), το FTP και το HTTP. Πάρα ταύτα, το UDP, χρησιµοποιείται από πολλές εφαρµογές πολυµέσων, σαν την τηλεφωνία µέσω internet και την εικονοδιάσκεψη.

53

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ TCP ΚΑΙ UDP ΓΙΑ ΤΟ INTERNET Επίσης το UDP χρησιµοποιείται συχνά για µηνύµατα εκποµπής (broadcast messages), όταν δεν υπάρχει κάποιος συγκεκριµένος τελικός αποδέκτης, µπορεί όµως να χρησιµοποιηθεί και σε εφαρµογές στις οποίες ο αποστολέας είναι διατεθειµένος να αποδεχτεί κάποια επιπλέον εσωτερική επιβάρυνση, για να εξασφαλίσει την αξιοπιστία στην παράδοση, κάτι το οποίο συντελεί τελικά στη µείωση της συνολικής επιβάρυνσης του πρωτοκόλλου.

Σχ. 6.2 Ο Header (επικεφαλίδα) του UDP

Στο σχήµα παρουσιάζεται η δοµή ενός πακέτου UDP που έχει µέγιστο µήκος 64 Kbytes και αποτελείται από τα ακόλουθα πεδία: • Τα πεδία θύρα αφετηρίας (source port) και θύρα προορισµού (destination port). Αναφέρονται στον αριθµό της θύρας που αντιστοιχεί στην τρέχουσα εφαρµογή. • Το πεδίο µήκος επικεφαλίδας (header length). Είναι 16 δυαδικών ψηφίων και προσδιορίζει το µέγεθος του πακέτου, συµπεριλαµβανοµένης και της επικεφαλίδας • Το πεδίο έλεγχος αθροίσµατος (checksum). Είναι 16 δυαδικών ψηφίων, χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της ορθότητας των δεδοµένων και είναι προαιρετικό. • Το πεδίο δεδοµένα (data). Περιλαµβάνει µέρος των πραγµατικών δεδοµένων.

54

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο

7 ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο Στο κεφάλαιο αυτό θα ασχοληθούµε µε το χαµηλότερο επίπεδο που απεικονίζεται στην ιεραρχία του Σχ. 2-9. Αρχικά θα εξετάσουµε τα µέσα µετάδοσης που χρησιµοποιούνται για το φυσικό επίπεδο. Στη συνέχεια θα δούµε το πώς µεταδίδονται τα δεδοµένα, τόσο στην αναλογική όσο και στην ψηφιακή µορφή.

7.1 ΜΕΣΑ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗΣ Ο σκοπός του φυσικού επιπέδου είναι η µεταφορά ενός ακατέργαστου συρµού από bits (bit stream) από µια µηχανή σε µια άλλη. ∆ιάφορα φυσικά µέσα µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την πραγµατική µετάδοση. Στις ακόλουθες ενότητες θα δούµε σε συντοµία τα χαρακτηριστικά µερικών συνηθισµένων µέσων.

7.1.1 ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΜΕΣΑ Ένας από τους πιο συνηθισµένους τρόπους µετάδοσης δεδοµένων από έναν υπολογιστή σ' έναν άλλο είναι η εγγραφή τους σε µαγνητικές ταινίες ή δισκέτες, η φυσική µεταφορά των ταινιών ή δισκετών στη µηχανή προορισµού, και η ανάγνωσή τους εκεί Παρόλο που αυτή η µέθοδος δεν είναι τόσο περίπλοκη (sophisticated), όσο η χρήση ενός γεωσύγχρονου δορυφόρου επικοινωνίας, είναι συχνά πολύ περισσότερο οικονοµικά συµφέρουσα, ειδικότερα σε εφαρµογές, όπου βασικός παράγοντας είναι το υψηλό εύρος ζώνης ή το κόστος ανά µεταδιδόµενο bit. Ένας απλός υπολογισµός κάνει αυτό το σηµείο σαφές. Μια τυποποιηµένη µαγνητική ταινία των 6250 bpi χωράει 180 megabytes. Ένα µικρό φορτηγό µπορεί να µεταφέρει εύκολα 200 ταινίες κάθε φορά. Ας υποθέσουµε ότι οι µηχανές αφετηρίας και προορισµού βρίσκονται σε απόσταση µιας ώρας δρόµου. Ο πραγµατικός ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων ανάµεσα στις δυο µηχανές είναι τότε 288.000 megabits σε 3600 sec ή 80 Mbps. Κανένα δίκτυο ευρείας περιοχής (widearea network) δεν παρέχει εύρος ζώνης τέτοιας τάξης µεγέθους. Μόνο λίγα τοπικά δίκτυα µπορούν να το ανταγωνιστούν. Για µια τράπεζα µε gigabytes δεδοµένων που θέλουµε να αντιγράφονται καθηµερινά σε µια δεύτερη µηχανή έτσι ώστε η τράπεζα να µπορεί να συνεχίζει να λειτουργεί κι όταν η αρχική µηχανή χαλάσει, ενδεχοµένως να µην υπάρχει καµιά άλλη τεχνολογία µετάδοσης που έστω να πλησιάζει τη µαγνητική ταινία σε απόδοση ή σε οικονοµία κόστους.

7.1.2 ΣΥΝΕΣΤΡΑΜΜΕΝΟ ΖΕΥΓΟΣ ΚΑΛΩ∆ΙΩΝ (TWISTED PAIR) Παρόλο που τα χαρακτηριστικά εύρους ζωής της µαγνητικής ταινίας είναι εξαιρετικά, τα χαρακτηριστικά καθυστέρησης είναι ανεπαρκή. Ο χρόνος µετάδοσης µετριέται σε λεπτά ή ώρες, και όχι σε χιλιοστά του δευτερόλεπτου (msec). Σε πολλές εφαρµογές απαιτείται µια απευθείας σύνδεση (on-line). Το παλαιότερο κι ακόµα το περισσότερο συνηθισµένο µέσο µετάδοσης είναι το συνεστραµµένο ζεύγος καλωδίων (twisted pair). Ένα συνεστραµµένο ζεύγος καλωδίων αποτελείται από δυο µονωµένα χάλκινα καλώδια, πάχους συνήθως περίπου 1 mm. Τα καλώδια είναι στριµµένα το ένα γύρω από το άλλο σε ένα ελικοειδές σχήµα, όπως ένα µόριο DNA. Το συνεστραµµένο σχήµα χρησιµοποιείται για τη µείωση των ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων ανάµεσα σε κοντινά όµοια ζεύγη. (∆υο παράλληλα καλώδια συνθέτουν µια απλή κεραία ένα συνεστραµµένο ζεύγος καλωδίων όχι). Η πιο συνηθισµένη εφαρµογή του συνεστραµµένου ζεύγους καλωδίων είναι το τηλεφωνικό σύστηµα. Σχεδόν όλα τα τηλέφωνα συνδέονται µε τα κέντρα της τηλεφωνικής εταιρείας µε ένα συνεστραµµένο ζεύγος καλωδίων. Τα συνεστραµµένα

55

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ζεύγη καλωδίων µπορούν να διατρέξουν αρκετά χιλιόµετρα χωρίς ενίσχυση, όµως για µεγαλύτερες αποστάσεις απαιτούνται αναµεταδότες. Όταν πολλά συνεστραµµένα ζεύγη καλωδίων τρέχουν παράλληλα για µια σηµαντικά µεγάλη απόσταση, όπως τα καλώδια που έρχονται από µια πολυκατοικία στο κέντρο της τηλεφωνικής εταιρείας, τότε αυτά συγκεντρώνονται σε δεσµίδες κι εγκλείονται σε µια προστατευτική θήκη. Τα ζεύγη στις δεσµίδες αυτές θα δηµιουργούσαν παρεµβολές µεταξύ τους, εάν δεν ήταν συνεστραµµένα. Σε διάφορα µέρη του κόσµου όπου οι τηλεφωνικές γραµµές περνάνε από στύλους πάνω από το έδαφος, είναι συνηθισµένο να δει κανείς δεσµίδες καλωδίων µε αρκετά εκατοστά διάµετρο. Τα συνεστραµµένα ζεύγη καλωδίων µπορούν να χρησιµοποιηθούν τόσο για αναλογική όσο και για ψηφιακή µετάδοση. Το εύρος ζώνης εξαρτάται από το πάχος του καλωδίου και την απόσταση, όµως µπορούν να επιτευχθούν αρκετά megabits/sec για λίγα χιλιόµετρα σε αρκετές περιπτώσεις. Εξαιτίας της επαρκούς απόδοσης και του χαµηλού κόστους, τα συνεστραµµένα ζεύγη καλωδίων χρησιµοποιούνται ευρέως και πιθανόν να συνεχίσουν έτσι τα ερχόµενα χρόνια.

7.1.3 ΟΜΟΑΞΟΝΙΚΟ ΚΑΛΩ∆ΙΟ ΒΑΣΙΚΗΣ ΖΩΝΗΣ (BASEBAND COAXIAL CABLE) Ένα άλλο συνηθισµένο µέσο µετάδοσης είναι το οµοαξονικό καλώδιο (coaxial cable) (γνωστό στους πολλούς φίλους του ως "coax"). ∆ύο είδη οµοαξονικών καλωδίων χρησιµοποιούνται ευρέως. Το ένα είδος, καλώδιο50-ohm, χρησιµοποιείται για ψηφιακή µετάδοση και είναι το αντικείµενο αυτής της ενότητας. Το άλλο είδος, καλώδιο 75-ohm, χρησιµοποιείται για αναλογική µετάδοση και θα περιγραφεί στην επόµενη ενότητα. Ένα οµοαξονικό καλώδιο αποτελείται από ένα δύσκαµπτο χάλκινο καλώδιο, τον πυρήνα ο οποίος περιβάλλεται από ένα µονωτικό υλικό. Το µονωτικό υλικό καλύπτεται από έναν κυλινδρικό αγωγό ο οποίος τις περισσότερες φορές είναι ένα πυκνό πλέγµα. Ο εξωτερικός αγωγός καλύπτεται από ένα προστατευτικό πλαστικό κάλυµµα. Μια εικόνα σε τοµή ενός οµοαξονικού καλωδίου φαίνεται στο Σχ. 7-1.

Σχ. 7-1. Ένα οµοαξονικό καλώδιο.

Η κατασκευή του οµοαξονικού καλωδίου δίνει σ' αυτό ένα καλό συνδυασµό υψηλού εύρους ζώνης και εξαιρετικής ανοχής θορύβου. Το δυνατό εύρος ζώνης εξαρτάται από το µήκος του καλωδίου. Για καλώδια του1 χιλιοµέτρου είναι εφικτός ένας ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων 10 Mbps. Υψηλότεροι ρυθµοί µετάδοσης δεδοµένων είναι δυνατοί σε µικρότερα καλώδια. Μεγαλύτερα καλώδια µπορούν επίσης να χρησιµοποιηθούν, όµως µόνο σε χαµηλότερους ρυθµούς µετάδοσης δεδοµένων. Οµοαξονικά καλώδια χρησιµοποιούνται ευρέως σε τοπικά δίκτυα και στο τηλεφωνικό σύστηµα για τις µεταδόσεις σε µεγάλη απόσταση. Υπάρχουν δυο τρόποι για τη σύνδεση υπολογιστών µε ένα οµοαξονικό καλώδιο. Ο πρώτος τρόπος είναι να κόψει κανείς το καλώδιο καθαρά στα δύο και να εισάγει µια ένωση Τ, έναν συνδετήρα (connector) που επανασυνδέει το καλώδιο, αλλά επίσης παρέχει και ένα τρίτο καλώδιο, που οδηγεί στον υπολογιστή. Ο δεύτερος 56

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο τρόπος είναι να χρησιµοποιήσει κανείς τη διακλάδωση του βρικόλακα (vampire tap), που είναι µια τρύπα µε βάθος και πλάτος πάρα πολύ µεγάλης ακρίβειας, η οποία έχει ανοιχτεί στο καλώδιο καταλήγοντας στον πυρήνα. Μέσα σ' αυτή την τρύπα έχει βιδωθεί ένας ειδικός συνδετήρας που πετυχαίνει τον ίδιο σκοπό όπως η ένωση Τ, χωρίς όµως να χρειάζεται να κοπεί το καλώδιο στα δύο. Οι γνώµες διίστανται σχετικά µε τα πλεονεκτήµατα και τα µειονεκτήµατα των δύο τεχνικών. Η εισαγωγή µιας ένωσης Τ απαιτεί το κόψιµο του καλωδίου, το οποίο σηµαίνει το κατέβασµα του δικτύου για λίγα λεπτά. Για ένα µεγάλο δίκτυο παραγωγής στο οποίο συνδέονται νέοι χρήστες κάθε στιγµή, το σταµάτηµα του δικτύου ακόµα και για λίγα λεπτά ίσως είναι µη αποδεκτό. Παραπέρα, όσους περισσότερους συνδετήρες έχει ένα καλώδιο, τόσο πιθανότερο είναι ένας απ' αυτούς να έχει µια ανεπαρκή σύνδεση και να προκαλεί προβλήµατα κατά περιόδους. Οι διακλαδώσεις του βρικόλακα (vampire taps) δεν έχουν κανένα απ' αυτά τα προβλήµατα, πρέπει όµως να εγκαθίστανται πολύ προσεκτικά. Εάν η τρύπα ανοιχτεί πάρα πολύ βαθιά, µπορεί να σπάσει τον πυρήνα σε δυο µεταξύ τους ασύνδετα κοµµάτια. Εάν δεν φτάσει αρκετά βαθιά, η σύνδεση µπορεί να προκαλεί διαλείποντα σφάλµατα. Τα καλώδια που χρησιµοποιούνται για τις διακλαδώσεις του βρικόλακα είναι πιο χοντρά και περισσότερο ακριβά από τα καλώδια που χρησιµοποιούνται για τις ενώσεις Τ. Παρόλο που µερικές φορές χρησιµοποιείται η άµεση δυαδική σήµανση (signaling) στα οµοαξονικά καλώδια (π.χ. 1 volt για το '1' και 0 volts για το '0'), αυτή η µέθοδος δεν δίνει στον δέκτη τη δυνατότητα να καθορίσει πότε κάθε bit αρχίζει και πότε τελειώνει. Αντί γι' αυτή προτιµάται µια τεχνική που ονοµάζεται κωδικοποίηση Manchester (Manchester encoding) ή µια παραλλαγή αυτής που ονοµάζεται διαφορική κωδικοποίηση Manchester (differential Manchester encoding). Με την κωδικοποίηση Manchester, η περίοδος κάθε bit διαιρείται σε δυο ίσα διαστήµατα. Ένα δυαδικό ψηφίο µε τιµή 1 στέλνεται, έχοντας την τάση υψηλή κατά τη διάρκεια του πρώτου διαστήµατος και χαµηλή κατά τη διάρκεια του δευτέρου. Ένα δυαδικό ψηφίο µε τιµή Ο στέλνεται ανάποδα: πρώτα χαµηλή και µετά υψηλή τάση. Αυτό το σχήµα εξασφαλίζει ότι η περίοδος κάθε bit έχει µια µεταβολή κατάστασης (transition) στο µέσο, διευκολύνοντας τον δέκτη να συγχρονιστεί µε τον ποµπό. Ένα µειονέκτηµα της κωδικοποίησης Manchester είναι ότι απαιτεί δυο φορές το εύρος ζώνης της άµεσης δυαδικής κωδικοποίησης, επειδή οι παλµοί έχουν το µισό πλάτος. Η κωδικοποίηση Manchester δείχνεται στο Σχ. 7.2. Η διαφορική κωδικοποίηση Manchester είναι µια παραλλαγή της βασικής κωδικοποίησης Manchester. Σ' αυτή, ένα "1" υποδηλώνεται από την απουσία µια µεταβολής κατάστασης στην αρχή του διαστήµατος. Ένα ''Ο'' υποδηλώνεται από την παρουσία µιας µεταβολής κατάστασης στην αρχή του διαστήµατος. Και στις δυο περιπτώσεις υπάρχει επίσης µια µεταβολή κατάστασης στο µέσο. Η διαφορική κωδικοποίηση Manchester απαιτεί περισσότερο πολύπλοκο εξοπλισµό, αλλά προσφέρει καλύτερη ανοχή θορύβου.

7.1.4 ΟΜΟΑΞΟΝΙΚΟ ΚΑΛΩ∆ΙΟ ΕΥΡΕΙΑΣ ΖΩΝΗΣ (BROADBAND COAXIAL CABLE) Το άλλο σύστηµα οµοαξονικού καλωδίου που χρησιµοποιεί αναλογική µετάδοση στα τυποποιηµένα καλώδια της καλωδιακής τηλεόρασης ονοµάζεται ευρείας ζώνης (broadband). Παρόλο που ο όρος "ευρεία ζώνη" προ έρχεται από τον κόσµο του τηλεφώνου, όπου αναφέρεται σε οτιδήποτε ευρύτερο των 4 ΚΗΖ, στον κόσµο των δικτύων των υπολογιστών η "ευρεία ζώνη" σηµαίνει οποιοδήποτε καλωδιακό δίκτυο που χρησιµοποιεί αναλογική µετάδοση (βλέπε Cooper, 1986). 57


Σχ. 7.2 Τρεις διαφορετικές µέθοδοι κωδικοποίησης

Εφόσον τα δίκτυα ευρείας ζώνης χρησιµοποιούν την τυποποιηµένη τεχνολογία της καλωδιακής τηλεόρασης, τα καλώδια µπορούν να χρησιµοποιηθούν µέχρι τα 300 MHΖ (και µερικές φορές µέχρι 450 ΜΗΖ) και µπορούν να φτάσουν σε µήκος µέχρι 100 km λόγω της αναλογικής σήµανσης στην οποία τυχόν σφάλµατα είναι πολύ λιγότερο κρίσιµα απ' ό,τι στην ψηφιακή σήµανση. Για τη µετάδοση ψηφιακών σηµάτων σ' ένα αναλογικό δίκτυο, κάθε διασύνδεση (interface) πρέπει να περιέχει ηλεκτρονικά κυκλώµατα για να µετατρέπουν τον εξερχόµενο συρµό από bits (bit stream) σ' ένα αναλογικό σήµα και το εισερχόµενο αναλογικό σήµα σ' ένα συρµό από bits. Ανάλογα µε το είδος (και το κόστος) των χρησιµοποιούµενων ηλεκτρονικών κυκλωµάτων, το 1 bps θα χρησιµοποιεί από 1 έως 4 ΗΖ εύρους ζώνης. Τυπικά, ένα καλώδιο 300-ΜΗΖ θα υποστηρίζει έναν συνολικό αριθµό µετάδοσης δεδοµένων 150 Mbps. Τα συστήµατα ευρείας ζώνης διαιρούνται συνήθως σε πολλά κανάλια, συχνά σε κανάλια των 6-ΜΗΖ που χρησιµοποιούνται για τηλεοπτική εκποµπή. Κάθε κανάλι µπορεί να µεταδώσει σήµατα αναλογικής τηλεόρασης, ακουστικά σήµατα υψηλής ποιότητας, ή ένα ψηφιακό συρµό από bits, ας πούµε στα 3 Mbps, ανεξάρτητα από τα άλλα κανάλια. Τηλεόραση ή δεδοµένα µπορούν να αναµειχθούν στο ίδιο καλώδιο. Μια βασική διαφορά ανάµεσα στη βασική ζώνη και την ευρεία ζώνη είναι ότι τα συστήµατα ευρείας ζώνης χρειάζονται αναλογικούς ενισχυτές για να ενισχύουν περιοδικά το σήµα. Αυτοί οι ενισχυτές µπορούν να µεταδίδουν σήµατα µόνο σε µια κατεύθυνση, έτσι ώστε ένας υπολογιστής που στέλνει ένα πακέτο, δε θα µπορεί να φτάσει υπολογιστές που βρίσκονται πριν απ' αυτόν κατά την κατεύθυνση της µετάδοσης (upstream), αν µεταξύ τους βρίσκεται ένας ενισχυτής. Για να αντιµετωπιστεί αυτό το πρόβληµα, έχουν αναπτυχθεί δύο είδη συστηµάτων ευρείας ζώνης: συστήµατα διπλών καλωδίων και µονών καλωδίων.

58


(α)

(β)

Σχ. 7-3. ∆ίκτυα ευρείας ζώνης (α) ∆ιπλό καλώδιο. (β) Μονό καλώδιο.

Τα συστήµατα διπλών καλωδίων περιέχουν δυο όµοια καλώδια που βρίσκονται το ένα δίπλα στο άλλο. Για να µεταδώσει δεδοµένα ένας υπολογιστής τα στέλνει στο καλώδιο 1, το οποίο καταλήγει σε µια συσκευή που ονοµάζεται κεφαλή (beadend) στη ρίζα του καλωδιακού δένδρου. Η κεφαλή µεταφέρει µετά το σήµα στο καλώδιο 2 για µετάδοση πίσω κάτω στο δένδρο. Όλοι οι υπολογιστές µεταδίδουν στο καλώδιο 1 και λαµβάνουν στο καλώδιο 2. Ένα διπλό σύστηµα καλωδίων δείχνεται στο Σχ. 7-3 (α). Το άλλο σύστηµα κατανέµει διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων για εισερχόµενη και εξερχόµενη επικοινωνία σ' ένα µονό καλώδιο [βλέπε Σχ. 7-3 (β)]. Η ζώνη χαµηλών συχνοτήτων χρησιµοποιείται για επικοινωνία των υπολογιστών µε την κεφαλή, η οποία µετά ολισθαίνει το σήµα στη ζώνη υψηλών συχνοτήτων και το επανεκπέµπει. Στο σύστηµα χαµηλής τοµής (subsplit) συχνότητες από 5 έως 30 ΜΗΖ χρησιµοποιούνται για την εισερχόµενη κυκλοφορία, και συχνότητες από 40 έως 300 ΜΗΖ για την εξερχόµενη κυκλοφορία. Στο σύστηµα µέσης τοµής (midsplit) η ζώνη συχνοτήτων των εισερχοµένων είναι 5 έως 116 ΜΗΖ και η ζώνη των εξερχόµενων 168 έως 300 ΜΗΖ. Η επιλογή αυτών των ζωνών συχνοτήτων είναι ιστορική, κι έχει να κάνει µε το πώς η Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών των Η.Π.Α έχει αντιστοιχήσει τις συχνότητες για τις τηλεοπτικές εκποµπές, για τις οποίες το σύστηµα ευρείας ζώνης σχεδιάστηκε. Και τα δύο συστήµατα τοµής απαιτούν µια ενεργή κεφαλή, που λαµβάνει τα εισερχόµενα σήµατα(inbound signal) σε µια ζώνη και τα επανεκπέµπει σε µια άλλη. Αυτές οι τεχνικές και οι συχνότητες αναπτύχθηκαν για την καλωδιακή τηλεόραση και µεταφέρθηκαν στα δίκτυα χωρίς τροποποιήσεις λόγω της διαθεσιµότητας αξιόπιστου και σχετικά φθηνού υλικού. Η ευρεία ζώνη µπορεί να χρησιµοποιηθεί µε διαφόρους τρόπους. Σε µερικά ζεύγη υπολογιστών µπορεί να δίνεται ένα µόνιµο κανάλι για αποκλειστική χρήση. Άλλοι υπολογιστές είναι δυνατόν να ζητούν σ' ένα κανάλι ελέγχου ένα κανάλι για προσωρινή σύνδεση, και µετά να µετάγουν τις συχνότητές τους σ' αυτό το κανάλι για όλη τη διάρκεια της σύνδεσης. Επίσης µια άλλη στρατηγική είναι οι υπολογιστές να ανταγωνίζονται για την προσπέλαση σ' ένα µονό κανάλι ή σε µια οµάδα καναλιών, χρησιµοποιώντας τεχνικές που καλύπτονται στο Κεφάλαιο 3. Πολλά έχουν ειπωθεί και γραφεί σχετικά µε την επιλογή της βασικής ζώνης σε σχέση µε την ευρεία ζώνη (Hopkins και Meisner, 1987). Η βασική ζώνη είναι απλή και µε χαµηλό κόστος εγκατάστασης, και απαιτεί φθηνές διασυνδέσεις. Προσφέρει 59

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο ένα µονό ψηφιακό κανάλι µε έναν ρυθµό µετάδοσης δεδοµένων περίπου 10 Mbps σε µια απόσταση 1 km χρησιµοποιώντας τυποποιηµένα "από το ράφι" οµοαξονικά καλώδια. Για τις περισσότερες επικοινωνίες δεδοµένων η βασική ζώνη είναι πλήρως επαρκής. Η ευρεία ζώνη, από την άλλη πλευρά, απαιτεί έµπειρους µηχανικούς ραδιοσυχνοτήτων για να σχεδιάσουν το καλώδιο και τη µορφή του ενισχυτή καθώς και για να εγκαταστήσουν το σύστηµα. Εξειδικευµένο προσωπικό χρειάζεται επίσης για τη συντήρηση του συστήµατος και τον περιοδικό συντονισµό των ενισχυτών στη διάρκεια της χρησιµοποίησής τους. Η κεφαλή (headend) χρειάζεται επίσης προσεκτική συντήρηση επειδή µια διακοπή της κεφαλής "ρίχνει" το δίκτυο. Οι διασυνδέσεις της ευρείας ζώνης είναι επίσης ακριβότερες απ' αυτές της βασικής ζώνης. Ωστόσο, η ευρεία ζώνη προσφέρει πολλαπλά κανάλια, (παρόλο που το καθένα απ' αυτά περιορίζεται συνήθως στα 3 Mbps) και µπορεί να µεταδίδει δεδοµένα, φωνή, και τηλεόραση στο ίδιο καλώδιο, για δεκάδες χιλιόµετρα, εάν χρειαστεί. Για τις περισσότερες εφαρµογές η χρησιµοποίηση της ευρείας ζώνης δε δικαιολογεί την πολυπλοκότητα και το κόστος της και γι' αυτό η βασική ζώνη χρησιµοποιείται ευρύτερα.

7.1.5 ΟΠΤΙΚΕΣ ΊΝΕΣ (FIBBER OPTICS) Οι τελευταίες ανακαλύψεις στην οπτική τεχνολογία κατέστησαν δυνατή τη µετάδοση δεδοµένων από παλµούς φωτός. Ένας παλµός φωτός µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να παραστήσει το δυαδικό ψηφίο 1 η απουσία ενός παλµού παριστά το δυαδικό ψηφίο 0. Το ορατό φως έχει µια συχνότητα περίπου 108 ΜΗΖ, έτσι το εύρος ζώνης ενός συστήµατος οπτικής µετάδοσης µπορεί να είναι τεράστιο. Ένα σύστηµα οπτικής µετάδοσης έχει τρεις συνιστώσες: το µέσο µετάδοσης, την πηγή φωτός και τον ανιχνευτή. Το µέσο µετάδοσης είναι µια πάρα πολύ λεπτή ίνα από γυαλί ή τηγµένη silica (διοξείδιο του πυριτίου). Η πηγή φωτός είναι είτε µια LED (Light Emitting Diode δίοδος φωτοεκποµπής) είτε µια δίοδος λέιζερ. Και οι δυο εκπέµπουν παλµού ς φωτός, όταν εφαρµόζεται ηλεκτρικό ρεύµα. Ο ανιχνευτής είναι µια φωτοδίοδος, η οποία παράγει ένα ηλεκτρικό παλµό, όταν πέσει φως πάνω της. Συνδέοντας µια LED ή µια δίοδο λέιζερ στο ένα άκρο µιας οπτικής ίνας και µια φωτοδίοδο στο άλλο, έχουµε ένα µονόδροµο σύστηµα µετάδοσης δεδοµένων που δέχεται ένα ηλεκτρικό σήµα, το µετατρέπει και το µεταδίδει µε παλµούς φωτός, και µετά επαναµετατρέπει την έξοδο σ' ένα ηλεκτρικό σήµα στο άκρο λήψης. Σε αυτό το σύστηµα µετάδοσης το φως θα διέφευγε κι έτσι το σύστηµα θα ήταν άχρηστο στην πράξη αν δεν υπήρξε µια ενδιαφέρουσα αρχή της φυσικής. Όταν µία ακτίνα φωτός περάσει από ένα µέσο σ' ένα άλλο, για παράδειγµα, από το γυαλί στον αέρα, η ακτίνα διαθλάται στη διαχωριστική επιφάνεια γυαλιού / αέρα, όπως φαίνεται στο Σχ. 7-4. Εδώ βλέπουµε µια ακτίνα φωτός να προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια µε γωνία α1 και να εξέρχεται µε γωνία β1. Η γωνία διάθλασης εξαρτάται από τις ιδιότητες των δυο µέσων (συγκεκριµένα, από τους δείκτες διάθλασής τους). Για γωνίες πρόσπτωση ς πάνω από µια συγκεκριµένη οριακή τιµή, το φως διαθλάται πίσω στο γυαλί' τίποτε απ' αυτό δεν διαφεύγει στον αέρα. Έτσι µια ακτίνα φωτός η οποία προσπίπτει µε µια γωνία ίση ή µεγαλύτερη από την οριακή γωνία παγιδεύεται µέσα στην ίνα, όπως φαίνεται στο Σχ. 7-4 (β), και µπορεί να µεταδοθεί για πολλά χιλιόµετρα χωρίς ουσιαστική απώλεια. Το Σχ. 7-4 (β) δείχνει µόνο µια παγιδευµένη ακτίνα, όµως εφόσον κάθε ακτίνα φωτός που προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια µε γωνία µεγαλύτερη από την οριακή γωνία θα ανακλάται εσωτερικά, πολλές διαφορετικές ακτίνες θα ανακλώνται 60

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο µε διαφορετικές γωνίες. Αυτή η κατάσταση χαρακτηρίζει την πoλύτρoπη οπτική ίνα (multimode fibber). Ωστόσο, εάν η διάµετρος της ίνας µειωθεί στο µήκος κύµατος του φωτός, η ίνα ενεργεί ως ένας κυµατοδηγός, και το φως θα µεταδοθεί σε µια ευθεία γραµµή, χωρίς ανακλάσεις, δηµιουργώντας µια µoνότρoπη οπτική ίνα (single mode fibber). Οι µονότροπες οπτικές ίνες χρειάζονται (δαπανηρές) διόδους λέιζερ για να τις οδηγούν αντί για τις (φτηνές) LED, αλλά είναι περισσότερο αποτελεσµατικές και µπορούν να µεταδώσουν σε µεγαλύτερες αποστάσεις. Τα σηµερινά συστήµατα οπτικών ινών µπορούν να µεταδώσουν δεδοµένα µε ταχύτητα περίπου 1000 Mbps για 1 km. Υψηλότεροι ρυθµοί µετάδοσης δεδοµένων έχουν επιτευχθεί στο εργαστήριο για µικρότερες αποστάσεις. Πειράµατα έχουν δείξει ότι ισχυρά λέιζερ µπορούν να οδηγήσουν µια ίνα για 100 km χωρίς επαναλήπτες, µε πολύ µικρότερες όµως ταχύτητες.

Σχ. 7-4. (α) Τρία παραδείγµατα µιας ακτίνας φωτός από το εσωτερικό µιας ίνας silica που προσκρούει στη διαχωριστική επιφάνεια γυαλιού / αέρα υπό διαφορετικές γωνίες. (β) Το φως παγιδεύεται µε ολική εσωτερική ανάκλαση.

Οπτικές ίνες εγκαθίστανται σε πολλές χώρες για να χρησιµοποιηθούν σε τηλεφωνικές γραµµές µεγάλης απόστασης. Αυτή η τάση θα συνεχιστεί στις επόµενες δεκαετίες µε τα οµοαξονικά καλώδια να αντικαθίστανται από οπτικές ίνες σε όλο και περισσότερες διαδροµές. Οι οπτικές ίνες µπορούν επίσης να αποτελέσουν τη βάση για τοπικά δίκτυα (LANS) παρόλο που η τεχνολογία τους είναι πιο περίπλοκη. Το βασικό πρόβληµα είναι ότι, ενώ οι διακλαδώσεις του βρικόλακα (vampire taps) µπορούν να γίνουν σε LΑΝ µε οπτικές ίνες συγκολλώντας την εισερχόµενη ίνα από τον υπολογιστή µε την ίνα του LΑΝ, η διαδικασία αυτή είναι πολύ δύσκολη και χάνεται σηµαντικό µέρος του φωτός. Ένας τρόπος για την αντιµετώπιση αυτού του προβλήµατος είναι να κατανοήσουµε ότι ένα δίκτυο δακτυλίου (ring network) ουσιαστικά είναι απλώς µια συλλογή συνδέσεων από σηµείο σε σηµείο, όπως φαίνεται στο Σχ. 7-5. Η διασύνδεση σε κάθε υπολογιστή περνάει το συρµό των παλµών φωτός στην επόµενη σύνδεση κι επίσης χρησιµεύει ως µια ένωση- Τ για να επιτρέπει στον υπολογιστή να στέλνει και να λαµβάνει µηνύµατα. Χρησιµοποιούνται δυο είδη διασυνδέσεων. Μια παθητική διασύνδεση που αποτελείται από δύο διακλαδώσεις συγκολληµένες στην κύρια ίνα. Μια διακλάδωση έχει µια LED ή µια δίοδο λέιζερ στο άκρο της (για µετάδοση) και η άλλη διακλάδωση έχει µια φωτοδίοδο (για λήψη). Η ίδια η διακλάδωση είναι πλήρως παθητική και είναι έτσι εξαιρετικά αξιόπιστη, επειδή µια σπασµένη LED ή µια σπασµένη φωτoδίoδoς δεν σπάει τον δακτύλιο. Απλώς θέτει έναν υπολογιστή εκτός δικτύου. Το άλλο είδος διασύνδεσης, που φαίνεται στο Σχ. 7-5, είναι ο ενεργός επαναλήπτης (active repeater). Το εισερχόµενο φως µετατρέπεται σ' ένα ηλεκτρικό σήµα, αναγεννιέται επανακτώντας πλήρως την ισχύ του εάν έχει γίνει ασθενές, και

61

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο αναµεταδίδεται ως φως. Η διασύνδεση µε τον υπολογιστή είναι ένα συνηθισµένο χάλκινο σύρµα το οποίο συνδέεται στον αναγεννητή του σήµατος (signal regenerator). Εάν ένας ενεργός αναγεννητής χαλάσει, ο δακτύλιος σπάει και το δίκτυο "πέφτει". Από την άλλη πλευρά, εφόσον, το σήµα αναγεννιέται σε κάθε διασύνδεση, οι ξεχωριστές συνδέσεις από υπολογιστή σε υπολογιστή µπορούν να είναι µήκους πολλών χιλιοµέτρων, χωρίς έτσι να υπάρχει ουσιαστικά όριο στο συνολικό µέγεθος του δακτυλίου. Οι παθητικές διασυνδέσεις χάνουν φως σε κάθε ένωση, έτσι το πλήθος των υπολογιστών και το συνολικό µήκος του δακτυλίου είναι πολύ περιορισµένα.

Σχ. 7-5. Ένας δακτύλιος οπτικών ινών µε ενεργούς επαναλήπτες

Η τοπολογία δακτυλίου δεν είναι ο µόνος τρόπος για το στήσιµο ενός τοπικού δικτύου (LAN) µε οπτικές ίνες. Είναι επίσης δυνατή η µετάδοση του φωτός σε όλους τους σταθµούς του δικτύου (broadcasting) µε υλικό χρησιµοποιώντας τον παθητικό αστέρα (passive star) του Σχ. 7-6. Σ' αυτή τη διάταξη, κάθε διασύνδεση έχει µια οπτική ίνα που ξεκινάει από τον ποµπό και φτάνει σ' έναν κύλινδρο από silica, µε τις εισερχόµενες ίνες να εισχωρούν στο ένα άκρο του κυλίνδρου. Οµοίως, ίνες συγκολληµένες στο άλλο άκρο του κυλίνδρου φτάνουν σε καθένα δέκτη. Κάθε φορά που µια διασύνδεση εκπέµπει ένα παλµό φωτός, αυτός διαχέεται στο εσωτερικό του παθητικού αστέρα, φωτίζοντας όλους τους δέκτες και επιτυγχάνεται, έτσι η εκποµπή του φωτός. Ουσιαστικά, ο παθητικός αστέρας εκτελεί µια λογική πράξη OR απ' όλα τα εισερχόµενα σήµατα και µεταδίδει το αποτέλεσµα σ' όλες τις εξερχόµενες γραµµές. Εφόσον η εισερχόµενη ενέργεια διαιρείται .σε όλες τις εξερχόµενες γραµµές, το πλήθος των κόµβων στο δίκτυο περιορίζεται από την ευαισθησία των φωτοδιόδων.

62


Σχ. 7.6. Μια σύνδεση παθητικού αστέρα σ' ένα δίκτυο µε οπτικές ίνες.

Η σύγκριση οµοαξονικών καλωδίων και οπτικών ινών είναι διδακτική. Οι οπτικές ίνες παρέχουν υπερβολικά µεγάλο εύρος ζώνης µε µικρή απώλεια ισχύος, οπότε µπορούν να καλύψουν µεγάλες αποστάσεις ανάµεσα στους επαναλήπτες. Οι οπτικές ίνες δεν επηρεάζονται από απότοµες µεταβολές στην τάση δικτύου, ηλεκτροµαγνητικές παρεµβολές ή χηµικά διαβρωτικά στον αέρα κι έτσι µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε σκληρό βιοµηχανικό περιβάλλον, ακατάλληλο για οµοαξονικά καλώδια. Οι οπτικές ίνες είναι επίσης πολύ λεπτές, ένα µεγάλο πλεονέκτηµα για εταιρείες µε χιλιάδες καλώδια και σωλήνες γεµάτους µε καλώδια (ένα από τα βασικά κίνητρα για τη χρήση οπτικών ινών στο τηλεφωνικό σύστηµα είναι απλώς η έλλειψη χώρου για άλλα οµοαξονικά καλώδια σε πολλές διαδροµές). Στην αρνητική πλευρά, οι οπτικές ίνες είναι µια άγνωστη τεχνολογία η οποία απαιτεί εξειδίκευση, την οποία οι περισσότεροι µηχανικοί δικτύων δεν έχουν. Οι ίνες είναι δύσκολο να συγκολληθούν και ακόµα δυσκολότερο να διακλαδωθούν (το τελευταίο µπορεί να θεωρηθεί και ως πλεονέκτηµα: η ασφάλεια είναι εξαιρετική επειδή οι ίνες δεν ακτινοβολούν και οι υποκλοπείς θα έχουν την ίδια δυσκολία µε τους ιδιοκτήτες των δικτύων στο να συνδεθούν). Τα δίκτυα µε οπτικές ίνες είναι επίσης από τη φύση τους µονόδροµα, και οι διασυνδέσεις είναι σηµαντικά ακριβότερες από τις ηλεκτρικές διασυνδέσεις. Ωστόσο τα πλεονεκτήµατα των οπτικών ινών είναι τόσο µεγάλα έτσι ώστε γίνονται πολλές προσπάθειες να βελτιωθεί η τεχνολογία και να µειωθεί το κόστος.

7.1.6 ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ ΜΕ ΟΠΤΙΚΗ ΕΠΑΦΗ (LINE-OF -SIGHT TRANSMISSION) Παρόλο που πολλά συστήµατα επικοινωνιών χρησιµοποιούν χάλκινα σύρµατα ή ίνες, µερικά απλώς στέλνουν τα δεδοµένα στον αέρα. Συγκεκριµένα, η µετάδοση µε υπέρυθρες, λέιζερ, µικροκύµατα και ραδιοκύµατα δεν απαιτεί κάποιο φυσικό µέσο. Καθεµιά απ' αυτές τις τεχνικές είναι κατάλληλη για ορισµένες εφαρµογές. Μια συνηθισµένη εφαρµογή στην οποία τα καλώδια ή οι ίνες είναι ανεπιθύµητες είναι ένα τοπικό δίκτυο (LAN) που συνδέει πολλά κτίρια σε µια πανεπιστηµιούπολη, ή σ' ένα οικοδοµικό τετράγωνο µε γραφεία µιας εταιρείας ή σ' ένα βιοµηχανικό σύµπλεγµα. Στο εσωτερικό κάθε κτιρίου το LAN µπορεί να χρησιµοποιεί χάλκινα σύρµατα ή ίνες, αλλά η σύνδεση των κτιρίων πιθανόν να

63

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο απαιτεί το σκάψιµο των δρόµων για το πέρασµα των καλωδίων, κάτι που κοστίζει. Εάν το χαντάκι αυτό πρέπει επίσης να διασχίσει ένα δηµόσιο δρόµο, σε πολλές περιοχές είναι και παράνοµο. Από την άλλη πλευρά, το να βάλει κανείς ένα λέιζερ ή έναν ποµπό και δέκτη υπέρυθρων στην στέγη κάθε κτιρίου (ή απλώς το να τα βάλει να δείχνουν σ' ένα παράθυρο) είναι κάτι το φτηνό, εύκολο να πραγµατοποιηθεί, και σχεδόν πάντα νόµιµο. Αυτή η σχεδίαση δηµιουργεί ένα ιεραρχικό δίκτυο, του οποίου η ραχοκοκαλιά (backbone) είναι το δίκτυο µε λέιζερ ή υπέρυθρες ανάµεσα στα κτίρια. Το LAN κάθε κτιρίου συνδέεται στο δίκτυο ραχοκοκαλιά µε µια πύλη (gateway). Η επικοινωνία µε λέιζερ ή υπέρυθρες είναι πλήρως ψηφιακή και είναι πλήρως κατευθυνόµενη, καθιστώντας την σχεδόν ασφαλή από πιθανές υποκλοπές ή παρεµβολές. Από την άλλη πλευρά η βροχή και η οµίχλη πιθανόν να επηρεάζουν την επικοινωνία, ανάλογα µε το επιλεχθέν µήκος κύµατος. Για επικοινωνίες µεγάλων αποστάσεων η ραδιοφωνική µετάδοση µε µικροκύµατα χρησιµοποιείται ευρέως ως µια εναλλακτική λύση προς το οµοαξονικά καλώδια. Παραβολικές κεραίες µπορούν να τοποθετηθούν σε πύργους για να στέλνουν µια δέσµη (beam) σε µια άλλη κεραία δεκάδες χιλιόµετρα µακριά. Αυτό το σύστηµα χρησιµοποιείται ευρέως τόσο για τηλεφωνική όσο και τηλεοπτική µετάδοση. Όσο υψηλότερος ο πύργος τόσο µεγαλύτερη η απόσταση. Με ένα πύργο ύψους 100 µέτρων, είναι εφικτές αποστάσεις 100 km ανάµεσα στους πύργους. Το πλεονέκτηµα των µικροκυµάτων είναι ότι το χτίσιµο δύο πύργων είναι συχνά πολύ φθηνότερο από το άνοιγµα ενός χαντακιού µήκους 100 χλµ, την τοποθέτηση καλωδίων ή ινών µέσα του, και το κλείσιµό του. Οι δυσκολίες στο άνοιγµα χαντακιών µεγάλου µήκους δεν πρέπει να υποτιµόνται, ειδικότερα εάν πρέπει να περάσουν µέσα από σπίτια. Η τοποθέτηση των καλωδίων δεν είναι το µόνο πρόβληµα. Οι αναµεταδότες κατά µήκος όλης της διαδροµής πρέπει περιοδικά να συντηρούνται και τα καλώδια µπορούν να σπάσουν για διαφόρους λόγους από τρωκτικά µέχρι κηπουρούς, που µε υπερβάλλοντα ζήλο σκάβουν στους κήπους τους. Κανένα απ' αυτά τα προβλήµατα δεν υπάρχει µε τα µικροκύµατα. Από την άλλη πλευρά, τα σήµατα από µια απλή κεραία είναι δυνατόν να χωριστούν και να µεταδοθούν, ακολουθώντας ελαφρώς διαφορετικά µονοπάτια προς την κεραία λήψεως. Όταν αυτά τα εκτός φάσης σήµατα επανασυνδεθούν, παρεµβάλλουν το ένα στο άλλο, µειώνοντας 'την ισχύ του σήµατος. Η µετάδοση µε µικροκύµατα επηρεάζεται επίσης από καταιγίδες και άλλα ατµοσφαιρικά φαινόµενα. Οι περισσότερες επικοινωνίες µε µικροκύµατα λαµβάνουν χώρα ανάµεσα στα 2 και τα 40 GHz που αντιστοιχούν σε µήκη κύµατος 15 και0.75 cm. Αυτές οι συχνότητες έχουν χωριστεί σε ζώνες για τηλεφωνικούς οργανισµούς, κυβέρνηση, στρατό και άλλες χρήσεις. Το µεγαλύτερο µέρος της τηλεφωνικής κυκλοφορίας µεγάλης απόστασης λαµβάνει χώρα στην περιοχή 4-6 GHz, αν και η περιοχή αυτή είναι κορεσµένη. Υψηλότερες συχνότητες είναι διαθέσιµες, αλλά δεν είναι χρήσιµες για κυκλοφορία µεγάλης απόστασης αφού η εξασθένιση είναι µεγαλύτερη στις υψηλότερες συχνότητες.

7.1.7 ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΟΙ ∆ΟΡΥΦΟΡΟΙ Οι επικοινωνιακοί δορυφόροι έχουν µερικές ενδιαφέρουσες ιδιότητες, που τους κάνουν ελκυστικούς για συγκεκριµένες εφαρµογές. Ένας επικοινωνιακός δορυφόρος µπορεί να θεωρηθεί σαν ένας µεγάλος επαναλήπτης µικροκυµάτων στον ουρανό. Περιέχει έναν ή περισσότερους αναµεταδότες (transponders), καθένας από τους οποίους ακούει κάποιο τµήµα του φάσµατος, ενισχύει το εισερχόµενο σήµα, και το επανεκπέµπει σε µια άλλη συχνότητα, για να αποφευχθούν παρεµβολές µε το 64

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο εισερχόµενο σήµα. Η προς τα κάτω δέσµη µπορεί να είναι πλατιά, καλύπτοντας ένα σηµαντικό κοµµάτι της γήινης επιφάνειας, ή µπορεί να είναι στενή, καλύπτοντας µια επιφάνεια διαµέτρου εκατοντάδων χιλιοµέτρων. Σύµφωνα µε το νόµο του Kepler η περίοδος της τροχιάς ενός δορυφόρου µεταβάλλεται ανάλογα µε την ακτίνα της τροχιάς υψωµένη στο 3/2. Κοντά στην επιφάνεια της γης η περίοδος είναι περίπου 90 min. Επικοινωνιακοί δορυφόροι σε τόσο χαµηλά ύψη δεν είναι χρήσιµοι επειδή βρίσκονται στο οπτικό πεδίο των επίγειων σταθµών για πάρα πολύ µικρό χρονικό διάστηµα. Παρόλα αυτά, σ' ένα ύψος 36.000 km πάνω από τον ισηµερινό, η περίοδος του δορυφόρου είναι 24h, κι έτσι περιστρέφεται µε τον ίδιο ρυθµό, όπως η γη από κάτω του. Ένας παρατηρητής που παρατηρεί έναν δορυφόρο σε µια κυκλική Ισηµερινή τροχιά, βλέπει το δορυφόρο κρεµασµένο σ' ένα σταθερό σηµείο στον ουρανό, φαινοµενικά ακίνητο. Το να είναι ο δορυφόρος σταθεροποιηµένος στον ουρανό είναι κάτι το εξαιρετικά επιθυµητό, επειδή αλλιώς θα χρειάζονταν µια ακριβή κατευθυνόµενη κεραία για να τον παρακολουθεί. Με την σηµερινή τεχνολογία είναι ανόητο οι δορυφόροι να απέχουν µεταξύ τους λιγότερο από 40 στη στάθµη των 3600 του ισηµερινού. Σε µικρότερες αποστάσεις η δέσµη που κατευθύνεται από τον επίγειο σταθµό προς τα πάνω δεν φωτίζει µόνο τον επιθυµητό δορυφόρο, αλλά και τους γειτονικούς του. Με τον περιορισµό των 40 µπορούν να υπάρχουν ταυτόχρονα µόνο 360/4 = 90 γεωσύγχρονοι επικοινωνιακοί δορυφόροι. Εκτός απ' αυτούς τους τεχνολογικούς περιορισµούς υπάρχει επίσης ανταγωνισµός για τις θέσεις (slot) στις τροχιές µε άλλες κατηγορίες χρηστών (π.χ. τηλεοπτικές εκποµπές, κυβερνητικές και στρατιωτικές χρήσεις κλπ). Οι τηλεοπτικοί δορυφόροι είναι αναγκαίο να τοποθετούνται σε απόσταση 8 µοιρών µεταξύ τους, εξαιτίας της µεγάλης ισχύος τους. Ευτυχώς οι δορυφόροι που χρησιµοποιούν διαφορετικές περιοχές φάσµατος δεν ανταγωνίζονται µεταξύ τους, οπότε καθένας από τους 90 δυνατούς δορυφόρους µπορεί να µεταδίδει ταυτόχρονα αρκετούς συρµούς δεδοµένων προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Εναλλακτικά δυο ή περισσότεροι δορυφόροι µπορούν να καταλαµβάνουν µόνο µια θέση στην τροχιά, εάν λειτουργούν σε διαφορετικές συχνότητες. Για την αποφυγή του πλήρους χάους στον ουρανό, έχουν συναφθεί διεθνείς συµφωνίες σχετικά µε το ποιος µπορεί να χρησιµοποιεί ποια θέση στην τροχιά και σε ποια συχνότητα. Οι ζώνες 3.7 έως 4.2 GHz και5.925 έως 6.425 GHz έχουν καθοριστεί ως συχνότητες τηλεπικοινωνιακών δορυφόρων για τις προς τα πάνω και προς τα κάτω δέσµες, αντίστοιχα. Αυτές οι ζώνες που συχνά αναφέρονται σαν 4/6 GHz είναι ήδη υπερπλήρεις, επειδή χρησιµοποιούνται επίσης από διάφορους οργανισµούς επικοινωνιών στις επίγειες µικροκυµατικές ζεύξεις. Οι επόµενες ψηλότερες ζώνες που είναι διαθέσιµες για τηλεπικοινωνία είναι στα 12/14 GHz. Αυτές οι ζώνες δεν έχουν (ακόµα) συµφόρηση και στις συχνότητες αυτές οι δορυφόροι µπορούν να τοποθετηθούν ακόµα και σε απόσταση 1 µοίρας. Ωστόσο, υπάρχει ένα άλλο πρόβληµα: η βροχή. Το νερό είναι ένας ιδανικός απορροφητής αυτών των λεπτών µικροκυµάτων. Ευτυχώς οι µεγάλες καταιγίδες είναι συνήθως τοπικές, οπότε χρησιµοποιώντας διαφόρους πολύ αποµακρυσµένους επίγειους σταθµούς αντί για µόνο ένα, το πρόβληµα µπορεί να αντιµετωπιστεί µε τη δαπάνη επιπλέον κεραιών, καλωδίων και ηλεκτρονικών υλικών για γρήγορη µεταγωγή ανάµεσα στους σταθµούς. Ζώνες συχνοτήτων στα20/30 GHz διατίθενται επίσης για την τηλεπικοινωνία, αλλά ο εξοπλισµός που απαιτείται για τη χρήση τους είναι ακόµα δαπανηρός. Ένας τυπικός δορυφόρος διαιρεί το εύρος ζώνης του των 500 ΜΗz σε 12

65

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο αναµεταδότες που ο καθένας τους έχει εύρος ζώνης 36 ΜΗz. Κάθε αναµεταδότης µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να κωδικοποιεί έναν µονό συρµό δεδοµένων ταχύτητας 50 Mbps, 800 ψηφιακά κανάλια φωνή των64 kbps, ή διάφορους άλλους συνδυασµούς. Παραπέρα δυο αναµεταδότες µπορούν να χρησιµοποιούν διαφορετικές πολώσεις του σήµατος, οπότε µπορούν να χρησιµοποιούν την ίδια περιοχή συχνοτήτων χωρίς παρεµβολές. Στους πρώτους δορυφόρους, η διαίρεση των αναµεταδοτών σε κανάλια ήταν στατική, χωρίζοντας το εύρος ζώνης σε ζώνες σταθερής συχνότητας. Σήµερα το κανάλι διαιρείται µε το χρόνο, πρώτα ο ένας σταθµός, ύστερα ο άλλος, κ.ο.κ. Αυτή η διάταξη είναι πολύ περισσότερο ευέλικτη. Ονοµάζεται πολύπλεξη διαίρεσης χρόνου (time division multiplexing).

7.9 Ένας δορυφόρος µε δύο κεραίες Οι πρώτοι δορυφόροι είχαν µια απλή δέσµη η οποία κάλυπτε όλους τους επίγειους σταθµούς. Με την τεράστια ελάττωση του κόστους, του µεγέθους, και των απαιτήσεων ισχύος των µικροηλεκτρονικών έχει καταστεί δυνατή µια πολύ πιο έξυπνη στρατηγική εκποµπής. Κάθε δορυφόρος είναι εξοπλισµένος µε πολλαπλές κεραίες και πολλαπλούς αναµεταδότες. Κάθε δέσµη προς τα κάτω µπορεί να εστιαστεί σε µια µικρή γεωγραφική περιοχή, οπότε πολλαπλές προς τα πάνω και προς τα κάτω µεταδόσεις µπορούν να λάβουν χώρα ταυτόχρονα. Αυτές οι λεγόµενες δέσµες σηµείου (spot beams) έχουν συνήθως ελλειπτικό σχήµα, και διάµετρο τόσο µικρή όσο λίγες εκατοντάδες χιλιόµετρα. Το Σχ. 7-9 (α) απεικονίζει έναν δορυφόρο µε δυο κεραίες που αντιστοιχούν σε δυο διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές. Σ' αυτό το παρά δείγµα κάθε περιοχή έχει δυο επίγειους σταθµούς. Οι δύο σταθµοί της κάθε περιοχής εκπέµπουν προς το δορυφόρο. Οι αριθµοί στις προς τα πάνω δέσµες δείχνουν τον δέκτη προς τον οποίο προορίζεται το µήνυµα. Καθώς τα µηνύµατα εισέρχονται, µεταγάγονται στην κατάλληλη κεραία και διευθύνονται προς τα κάτω. Το Σχήµα 2-8 (β) δείχνει την αναµετάδοση των µηνυµάτων που έχουν αποσταλεί προς τα πάνω στο Σχ. 2-8 (α). Εφοδιάζοντας κάποιον δορυφόρο µε πολλές δέσµες σηµείου, ένας δορυφόρος µπορεί να κάνει τη δουλειά πολλών. Οι επικοινωνιακοί δορυφόροι έχουν αρκετές ιδιότητες, οι οποίες είναι ριζικά διαφορετικές από τις επίγειες συνδέσεις από σηµείο σε σηµείο. Κατ' αρχήν η τεράστια συνολική απόσταση που πρέπει να διανύσουν τα σήµατα προς και από ένα δορυφόρο, ακόµα και να ταξιδεύουν τη ταχύτητα του φωτός (300.000 km/sec) εισάγει µια σηµαντική καθυστέρηση. Ανάλογα µε την απόσταση µεταξύ του χρήστη και του επίγειου σταθµού, όπως και µε το ύψος του δορυφόρου πάνω από τον ορίζοντα, ο

66

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο χρόνος µετάδοσης από άκρο σε άκρο είναι µεταξύ 250 και 300 msec. Για λόγους σύγκρισης, οι επίγειες µικροκυµατικές ζεύξεις έχουν µια καθυστέρηση διάδοσης ίση περίπου µε 3 µsec/km και οι ζεύξεις µε οµοαξονικά καλώδια περίπου 5 µsec/km (τα ηλεκτροµαγνητικά σήµατα ταξιδεύουν πιο αργά σε χάλκινα καλώδια απ' ό,τι στον αέρα). Λέγεται συνήθως ότι οι δορυφορικές ζεύξεις έχουν µεγαλύτερη καθυστέρηση από τις επίγειες ζεύξεις (ειδικά από ανθρώπους που χειρίζονται τις επίγειες ζεύξεις). Παρόλο που είναι αναµφισβήτητα αληθές ότι η καθυστέρηση διάδοσης είναι µεγαλύτερη, η συνολική καθυστέρηση εξαρτάται τόσο από το εύρος ζώνης, όσο και από το ρυθµό εµφάνισης σφαλµάτων. Για παράδειγµα, η συνολική καθυστέρηση για την αποστολή χ kbits µέσω µιας επίγειας γραµµής των 9600 bps είναι Χ/9.6 sec. Για την αποστολή του ίδιου σήµατος µέσω µιας δορυφορικής ζεύξης των 5 Mbps απαιτούνται Χ/5000+0.270 sec, όπου συµπεριλαµβάνεται και η τυπική καθυστέρηση διάδοσης των 270 msec. Για µηνύµατα µεγαλύτερα των 2.6 kbits ο δορυφόρος είναι ταχύτερος. Εάν συµπεριλάβουµε στον υπολογισµό και την καθυστέρηση που εισάγεται από αναµεταδόσεις, ο χαµηλότερος ρυθµός εµφάνισης σφαλµάτων στο δορυφορικό κανάλι θα οδηγήσει το σηµείο που ο δορυφόρος είναι ταχύτερος ακόµα χαµηλότερα. Εκτός από την καθυστέρηση διάδοσης, που είναι ανεξάρτητη από την απόσταση µεταξύ ποµπού και δέκτη, οι δορυφόροι έχουν επίσης την ιδιότητα ότι το κόστος της µετάδοσης ενός µηνύµατος είναι ανεξάρτητο από την απόσταση. Μια υπερωκεάνια κλήση δεν κοστίζει περισσότερο από όσο µια κλήση στον απέναντι δρόµο. Οι παρούσες τιµές των διάφορων οργανισµών επικοινωνίας σχηµατίστηκαν κάτω από πολύ διαφορετικά δεδοµένα και θα περάσουν πολλά χρόνια µέχρι να προσαρµοστούν στα νεότερα. Μια άλλη ενδεχοµένως επαναστατική διαφορά µεταξύ δορυφορικών και επίγειων ζεύξεων είναι το εύρος ζώνης που διατίθεται. Οι ανώτατης ταχύτητας µισθωµένες τηλεφωνικές γραµµές σε κανονική χρήση τρέχουν στα S6 kbps, παρόλο που χρησιµοποιούνται και γραµµές των 1.S44 Mbps σε λίγα µέρη, όπου το υψηλό κόστος αυτών είναι αποδεκτό. Η δορυφορική µετάδοση από στέγη σε στέγη παρακάµπτει ολόκληρο το τηλεφωνικό σύστηµα και µπορεί να προσφέρει ρυθµούς δεδοµένων 1000 φορές υψηλότερους. Εναλλακτικά, µια φτηνή κεραία στέγης µπορεί να χρησιµοποιηθεί για κατευθείαν επικοινωνία µε ένα ισχυρό κοντινό δορυφορικό επίγειο σταθµό. Με άλλα λόγια, η ικανότητα να αποκτήσουµε ένα τεράστιο εύρος ζώνης για ένα µικρό χρονικό διάστηµα είναι ελκυστική επειδή η κυκλοφορία µεταξύ των υπολογιστών έχει τη µορφή καταιγισµού (burst). Η αποστολή µιας µαγνητικής ταινίας µέσω µιας τηλεφωνικής γραµµής των 50 kbps χρειάζεται 7 ώρες η αποστολή της ίδιας ταινίας µέσω ενός απλού δορυφορικού αναµεταδότη των 50 Mbps χρειάζεται 30 sec. Μια άλλη ενδιαφέρουσα ιδιότητα της δορυφορικής εκποµπής είναι ακριβώς ότι αυτή λαµβάνεται από όλους (broadcasting). Όλοι οι σταθµοί κάτω από την κατερχόµενη δέσµη µπορούν να λάβουν ό,τι µεταδίδεται, συµπεριλαµβανοµένων και των "πειρατικών σταθµών" για τους οποίους ο οργανισµός επικοινωνιών πιθανόν να µην γνωρίζει τίποτα. Οι συνέπειες της ανάγκης για την ύπαρξη προστασίας των ατοµικών πληροφοριών είναι προφανείς. Απαιτείται κάποια µορφή κρυπτογράφησης για να διατηρηθούν µυστικά τα δεδοµένα. Οι δορυφόροι δεν χρησιµοποιούνται µόνο για τηλεφωνία και για µετάδοση δεδοµένων. Μπορούν επίσης να χρησιµοποιηθούν για άµεση εκποµπή τηλεοπτικών σηµάτων σε σπίτια. Το αντικείµενο αυτό, αν και ενδιαφέρον, είναι πέρα από τους σκοπούς αυτού του βιβλίου, κι έτσι δεν θα αναφερθούµε παραπέρα σ' αυτό.

67

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο Η σύγκριση ανάµεσα στις δορυφορικές επικοινωνίες και στις οπτικές ίνες είναι διδακτική. Ενώ µια απλή οπτική ίνα έχει µεγαλύτερο εύρος ζώνης από όλους τους δορυφόρους που έχουν ποτέ εκτοξευθεί, αυτό το εύρος ζώνης δεν είναι διαθέσιµο στους περισσότερους χρήστες. Οι οπτικές ίνες που τώρα εγκαθίστανται χρησιµοποιούνται µέσα στο τηλεφωνικό σύστηµα για τη διαχείριση πολλών ταυτόχρονων κλήσεων µεγάλης απόστασης και όχι για να εφοδιάσουν µεµονωµένους χρήστες µε υψηλό εύρος ζώνης. Επιπλέον, λίγοι χρήστες έχουν ακόµα και πρόσβαση σ' ένα κανάλι οπτικών ινών. Καλώντας το τοπικό κέντρο της τηλεφωνικής εταιρείας µε 9600 bps, δεν θα δώσει ποτέ εύρος ζώνης µεγαλύτερο των 9600 bps, ανεξάρτητα από το εύρος της ενδιάµεσης ζεύξης. Με τους δορυφόρους είναι πολύ πρακτικό για έναν χρήστη να τοποθετήσει µια κεραία στη ταράτσα του κτιρίου του και να παρακάµψει πλήρως το τηλεφωνικό σύστηµα. Για χώρες του Τρίτου κόσµου µε εχθρικό έδαφος και µικρή υποδοµή, οι δορυφόροι είναι µια ελκυστική ιδέα. Η Ινδονησία, για παράδειγµα, έχει τον δικό της δορυφόρο για την εσωτερική της τηλεφωνική κυκλοφορία. Για το λόγο αυτό, είναι πιθανόν ότι οι δορυφορικές επικοινωνίες θα αυξήσουν τη δηµοτικότητά τους µέχρις ότου όλα τα χάλκινα καλώδια στο τηλεφωνικό σύστηµα αντικατασταθούν από ίνες (κάπου στο µέσο του εικοστού πρώτου αιώνα). Σ' εκείνη την εποχή οι ίνες θα είναι ο τελικός νικητής, εκτός πιθανόν από εκείνες τις εφαρµογές που απαιτούν εκποµπή (broadcasting), όπως η τηλεοπτική µετάδοση.

7.2 ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ – ΨΗΦΙΑΚΗ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ Αφού είδαµε τα µέσα µετάδοσης δεδοµένων, ας προχωρήσουµε και λίγο στην θεωρία. Εδώ θα εξετάσουµε την Αναλογική και ψηφιακή µετάδοση.

7.2.1 ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ Τα προηγούµενα 100 χρόνια η αναλογική µετάδοση κυριάρχησε σ' όλες τις επικοινωνίες. Συγκεκριµένα το τηλεφωνικό σύστηµα, το οποίο θα εξετάσουµε στο επόµενο κεφάλαιο, βασίζεται εξολοκλήρου στην αναλογική σήµανση. Ενώ η ψηφιακή µετάδοση γίνεται όλο και πιο δηµοφιλής, θα χρειαστεί να περάσουν δεκαετίες για να εξαφανιστεί η αναλογική µετάδοση. Έτσι εξακολουθεί να είναι σηµαντικό το να µαθαίνει κανείς για τα αναλογικά συστήµατα και τους περιορισµούς τους. Έτσι η αναλογική µετάδοση αποτέλεσε τροχοπέδη, θα µπορούσαµε να πούµε, για την µετάδοση µηνυµάτων µεταξύ δύο υπολογιστών, καθώς, αφού ο Η/Υ διαχειρίζεται ψηφιακά δεδοµένα, θα έπρεπε να βρεθεί τρόπος να µετατρέπουµε το ψηφιακό σήµα σε αναλογικό και το αντίθετο. Λύση αποτέλεσε το modem. Το modem, όπως ήδη είπαµε κατά την εισαγωγή, και θα αναφερθούµε στο επόµενο κεφάλαιο, µετατρέπει αµφότερα τα ψηφιακά σε αναλογικά και τα αναλογικά σε ψηφιακά σήµατα, µε σκοπό την επικοινωνία δύο, ή περισσοτέρων Η/Υ µέσω του τηλεφωνικού δικτύου.

7.2.2 ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ Η ανάγκη επικοινωνίας µεταξύ των ανθρώπων ταυτίζεται ιστορικά µε την ίδια την ύπαρξη του ανθρώπου. Από την αρχαιότητα, ο άνθρωπος χρησιµοποιούσε διάφορα µέσα για να επικοινωνήσει, όπως σήµατα καπνού, ηχητικά σήµατα και µεταφορά µηνυµάτων προφορικών ή γραπτών µέσω αγγελιαφόρου. Όταν άρχισε η εποχή του ηλεκτρισµού, εφευρέθηκαν νέοι τρόποι επικοινωνίας, όπως ο τηλέγραφος και το τηλέφωνο. Σήµερα πια, οι άνθρωποι επικοινωνούν µε πολλούς τρόπους, όπως

68

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο τηλέφωνο, φαξ, ραδιόφωνο και τηλεόραση. Οι υπολογιστές αντίστοιχα µπορούν να επικοινωνούν µέσα από δίκτυα, τα οποία µπορούν να µεταδίδουν και να λαµβάνουν δεδοµένα. Σχετικά µε την µετάδοση δεδοµένων, ας υπενθυµίσουµε το βασικό διαχωρισµό αναλογικών και ψηφιακών σηµάτων. Αναλογικό είναι ένα σήµα όταν µεταβάλλεται διαρκώς µέσα στο χρόνο. Αντίθετα, ένα ψηφιακό σήµα παίρνει διακριτές τιµές µέσα στο χρόνο. Πιο συνηθισµένα είναι τα ψηφιακά δυαδικά σήµατα, που παίρνουν µόνο τις τιµές 0 και 1, όπου το λογικό 0 αντιστοιχεί σε µία ηλεκτρική τάση (π.χ. 0 Volts), ενώ το λογικό 1 αντιστοιχεί σε µία άλλη (π.χ. 5 Volts). Ένα παράδειγµα αναλογικού και ψηφιακού σήµατος δίνεται στο σχήµα 7-10.

β α Σχ.7-10 Παράδειγµα ψηφιακού (α) και αναλογικού σήµατος (β)

Μέχρι πριν από λίγες µόλις δεκαετίες, η µετάδοση ψηφιακών σηµάτων ήταν ανύπαρκτη και όλα τα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα χρησιµοποιούσαν αναλογικά σήµατα, τα οποία µεταδίδονταν, πιο εύκολα στα µέσα µετάδοσης της εποχής, που ήταν τα τηλεφωνικά (χάλκινα συνεστραµµένα) καλώδια και τα ηλεκτροµαγνητικά κύµατα. Εξαίρεση ήταν ο τηλέγραφος και ο κώδικας Morse που µπορούν να θεωρηθούν ως ψηφιακό σύστηµα (τελείες και παύλες ήταν οι µόνες τιµές του µεταδιδόµενου σήµατος). Σήµερα πια, µετά την εφεύρεση της παλµοκωδικής διαµόρφωσης (Pulse Code Modulation, PCM) το 1938, η µετάδοση των σηµάτων µεταξύ τηλεπικοινωνιακών συστηµάτων γίνεται σχεδόν αποκλειστικά µε ψηφιακό τρόπο και σε µεγάλο βαθµό µέσω οπτικών ινών, που αντικαθιστούν σταδιακά τα χάλκινα καλώδια. 7.2.2.1 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗΣ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ Η µετάδοση των ψηφιακών σηµάτων επάνω σε ένα µέσο µετάδοσης µπορεί να είναι είτε σειριακή, είτε παράλληλη. Στη σειριακή µετάδοση έχουµε ένα µόνο φυσικό µέσο µετάδοσης (αγωγό), οπότε τα bits των δεδοµένων µεταδίδονται ένα κάθε φορά (σχήµα 7-11). Κατά την παράλληλη µετάδοση µεταδίδονται ταυτόχρονα περισσότερα από ένα (π.χ. 8, 16, 32) bits κάθε φορά, οπότε είναι απαραίτητοι ισάριθµοι αγωγοί (σχήµα 7-12). Η παράλληλη µετάδοση όπως είναι φυσικό είναι ταχύτερη αλλά ταυτόχρονα ακριβότερη από τη σειριακή, µε αποτέλεσµα να χρησιµοποιείται µόνο στο εσωτερικό του υπολογιστή, ή για τη σύνδεσή του µε περιφερειακές συσκευές (εκτυπωτές, συσκευές εφεδρείας κλπ). Η σειριακή µετάδοση αντίθετα χρησιµοποιείται σε όλες τις υπόλοιπες περιπτώσεις αποµακρυσµένης επικοινωνίας του υπολογιστή µε άλλους υπολογιστές.

69


Σχ.11 σειριακή µετάδοση δεδοµένων.

Σχ.11 παράλληλη µετάδοση δεδοµένων

Η σειριακή µετάδοση µπορεί επίσης να διαχωριστεί σε ασύγχρονη και σύγχρονη, ανάλογα µε τον τρόπο που µεταδίδονται οι χαρακτήρες (bytes) των δεδοµένων (σχήµα 7-12). Κατά την ασύγχρονη µετάδοση κάθε χαρακτήρας µεταδίδεται αυτόνοµα, µε τη συνοδεία ειδικών ψηφίων πριν (start bits) και µετά (stop bits) τη µετάδοσή του. Κατά τη σύγχρονη µετάδοση αντίθετα, οι χαρακτήρες µεταδίδονται κατά οµάδες (blocks) και ειδικοί χαρακτήρες σηµατοδοτούν την αρχή (SYN) και το τέλος (EOF) της µετάδοσης κάθε οµάδας χαρακτήρων.

Σχήµα 7,12 Ασύγχρονη και σύγχρονη µετάδοση

70

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕ∆Ο Ένας άλλος βασικός διαχωρισµός των διάφορων τρόπων µετάδοσης είναι ανάλογα µε την κατεύθυνση της επικοινωνίας, η οποία µπορεί να είναι µονόδροµη (simplex), ηµιαµφίδροµη (half-duplex), ή αµφίδροµη (full duplex), όπως φαίνεται στο σχήµα 7-13. Κατά τη µονόδροµη επικοινωνία, η µετάδοση γίνεται πάντοτε προς µία µόνο κατεύθυνση. Παράδειγµα µονόδροµης επικοινωνίας είναι η επικοινωνία ενός υπολογιστή µε τον εκτυπωτή, όπου δεδοµένα µεταδίδονται αποκλειστικά από τον υπολογιστή προς τον εκτυπωτή.

Σχ 7-13 Μονόδροµη, ηµιαµφίδροµη και αµφίδροµη επικοινωνία

Κατά την ηµιαµφίδροµη επικοινωνία, η µετάδοση γίνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις αλλά όχι ταυτόχρονα. Παράδειγµα ηµιαφίδροµης επικοινωνίας είναι τα γνωστά CB, όπου καθένας µπορεί να µιλάει και να ακούει, αλλά µόνο να µιλάει ή να ακούει κάθε χρονική στιγµή. Τέλος, κατά την αµφίδροµη επικοινωνία η µετάδοση γίνεται ταυτόχρονα και στις δύο κατευθύνσεις.

7.2.3 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗΣ Η ταχύτητα µετάδοσης µετριέται ως ο ρυθµός των ψηφίων που περνούν από το κανάλι επικοινωνίας στη µονάδα του χρόνου, δηλαδή σε bits/sec.. Η ταχύτητα µετάδοσης εξαρτάται από το είδος της µετάδοσης, από τα χαρακτηριστικά του µέσου µετάδοσης και από τις τεχνικές κωδικοποίησης και µετάδοσης δεδοµένων. Στην περίπτωση της επικοινωνίας µέσω του τηλεφωνικού δικτύου η ταχύτητα µετάδοσης φτάνει έως 56,6 Kbit/s για το απλό modem (dial up connection) και έως 500 Kbit/s για dsl modem.

71

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

8 ΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 8.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ∆ΙΚΤΥΟ Ακολουθώντας την εφεύρεση του τηλεφώνου το 1876, το τηλεφωνικό δίκτυο έχει φτάσει σήµερα να αποτελεί την πιο πολύπλοκη µηχανή του πλανήτη. Εκατοντάδες εκατοµµύρια άνθρωποι στον κόσµο µπορούν να επικοινωνούν µεταξύ τους µε απλό και ενιαίο τρόπο, ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται. Ενώ το τηλεφωνικό δίκτυο ήταν µέχρι από µερικά χρόνια βασισµένο στην αναλογική τεχνολογία, δηλ. η µετάδοση της φωνής ενός χρήστη γίνονταν µε αναλογικό τρόπο µέσα στο δίκτυο, σήµερα πια τα τηλεφωνικά δίκτυα των ανεπτυγµένων τηλεπικοινωνιακά χωρών (όπως και στην Ελλάδα) είναι σχεδόν πλήρως ψηφιακά. Το µόνο τµήµα του δικτύου, όπου κυκλοφορούν αναλογικά σήµατα, είναι το χάλκινο ζεύγος που συνδέει την τηλεφωνική συσκευή του χρήστη ή το µόντεµ µε το κοντινότερο τηλεφωνικό κέντρο (σχήµα 8-1). Η φωνή του χρήστη ή το διαµορφωµένο σήµα του modem µεταδίδεται ως ένα αναλογικό σήµα από τη συσκευή προς το κέντρο, όπου µε τη χρήση της παλµοκωδικής διαµόρφωσης (Pulse Code Modulation, PCM), µετατρέπεται σε ψηφιακό σήµα 8-bits µε ρυθµό µετατροπής 8.000 φορές το δευτερόλεπτο (8 ΚΗΖ). Έτσι προκύπτει ένα ψηφιακό σήµα µε ρυθµό µετάδοσης 64 Kbit/s. Το σήµα αυτό µεταδίδεται ψηφιακά µε µεγάλη ταχύτητα και χωρίς σφάλµατα (συνήθως µέσω οπτικών ινών ή ασύρµατων ζεύξεων) µέσα στο τηλεφωνικό δίκτυο και µέχρι το τηλεφωνικό κέντρο όπου συνδέεται ο χρήστης του άλλου άκρου επικοινωνίας. Στο σηµείο αυτό, το ψηφιακό σήµα µετατρέπεται και πάλι σε αναλογικό, ώστε να γίνεται αντιληπτό από τον άνθρωπο (αντί από το αντίστοιχο modem).

Σχ. 8-1. Σήµατα στο σύγχρονο ψηφιακό τηλεφωνικό δίκτυο

Καθώς τα ψηφιακά σήµατα είναι πολύ λιγότερο ευαίσθητα σε εξωτερικές παρεµβολές (θορύβους), η ψηφιακοποίηση των τηλεφωνικών κέντρων και των ζεύξεων τους έχει οδηγήσει σε σηµαντική βελτίωση της ποιότητας επικοινωνίας, ελαχιστοποιώντας παρεµβολές, συνακροάσεις και λανθασµένες κλήσεις και επιτρέποντας στα modems να επικοινωνούν σε ταχύτητες που φθάνουν µέχρι τα 56,6 Kbit/s. Εκτός από τη σηµαντική βελτίωση της ποιότητας επικοινωνίας και καθώς όλα τα σύγχρονα τηλεφωνικά κέντρα περιέχουν έναν ή περισσότερους ηλεκτρονικούς υπολογιστές και το αντίστοιχο λογισµικό, είναι δυνατή η ύπαρξη προηγµένων υπηρεσιών, όπως είναι π.χ. οι αριθµοί Freephone (όπου η χρέωση γίνεται στον καλούµενο χρήστη αντί για τον καλούντα) και οι προπληρωµένες τηλεφωνικές κάρτες (όπου ο χρήστης µπορεί να καλεί από οποιοδήποτε τηλέφωνο χρεώνοντας την κάρτα του, χωρίς να απαιτείται καρτοτηλέφωνο ).

72


8.2 ΚΙΝΗΤΗ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑ Η κινητή τηλεφωνία, δηλ. η δυνατότητα επικοινωνίας του χρήστη µε το τηλεφωνικό δίκτυο χωρίς να απαιτείται καλώδιο έχει ζωή αρκετών δεκαετιών. Τα πρώτα συµβατικά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας λειτουργούσαν µε την ύπαρξη ενός και µοναδικού µεγάλου και ισχυρού σταθµού βάσης για την ασύρµατη επικοινωνία των χρηστών µεταξύ τους αλλά και µε το υπόλοιπο τηλεφωνικό δίκτυο (σχήµα 8-2).

Σχ. 8-2. Συµβατικό σύστηµα κινητής τηλεφωνίας

Λόγω των προβληµάτων που εµφάνιζαν τα δίκτυα µε την µορφή αυτή, (µεγάλος αριθµός απαιτούµενων συχνοτήτων, πολύ υψηλή απαιτούµενη ισχύς ποµποδεκτών, προβλήµατα παρεµβολών, µικρή ακτίνα κάλυψης κλπ), εµφανίστηκε η ιδέα της δηµιουργίας ενός κυψελοειδούς (cellular) συστήµατος κινητής τηλεφωνίας. Τα πρώτα τέτοια συστήµατα άρχισαν την εµπορική τους λειτουργία στις αρχές της δεκαετίας του '80, µε αρκετή επιτυχία ιδιαίτερα στην Ευρώπη. Τα συστήµατα αυτά βασίζονταν σε αναλογική µετάδοση της φωνής του χρήστη. Ένα κυψελοειδές σύστηµα κινητής τηλεφωνίας (σχήµα 8-3) βασίζεται στην αρχή της δηµιουργίας πολλών µικρών κυψελών (cells) επικοινωνίας ακτίνας λίγων εκατοντάδων έως χιλιάδων µέτρων. Σε κάθε κυψέλη υπάρχει ένας σταθµός βάσης µικρής ισχύος, που είναι ικανός να εξυπηρετεί µε µεγάλο βαθµό αυτονοµίας τους χρήστες που βρίσκονται µέσα στα όρια της κυψέλης.

Σχ. 8-3. Κυψελοειδές σύστηµα κινητής τηλεφωνίας

73

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Ταυτόχρονα υπάρχει ένα κεντρικό σύστηµα ελέγχου των σταθµών βάσης το οποίο επιτρέπει στους χρήστες να κινούνται µεταξύ των κυψελών χωρίς να διακόπτεται η επικοινωνία. Η ύπαρξη πολλών µικρών κυψελών επικοινωνίας επιτρέπει την επαναχρησιµοποίηση των διαθεσίµων συχνοτήτων επικοινωνίας, καθώς και τη χρήση κινητών συσκευών πολύ µικρής ισχύος, µικρού µεγέθους και µεγάλης αυτονοµίας. Η µετεξέλιξη των αναλογικών συστηµάτων κινητής τηλεφωνίας οδήγησε στην υιοθέτηση ενός κοινού για την Ευρώπη προτύπου ψηφιακού δικτύου κινητής τηλεφωνίας, το ονοµαζόµενο GSM (Global System for Mobile communications). Τα δίκτυα GSM είναι πλήρως ψηφιακά, καθώς η φωνή του χρήστη µετατρέπεται σε ψηφιακό σήµα µε ρυθµό 13 Kbits, και δεδοµένου ότι εφαρµόζονται προηγµένες τεχνικές κωδικοποίησης, ανίχνευσης σιωπής και συµπίεσης φωνής, ώστε να µην απαιτούνται 64 Kbits (όπως ισχύει στο σταθερό τηλεφωνικό δίκτυο). Η καθαρά ψηφιακή µορφή της επικοινωνίας στα δίκτυα GSM επιτρέπει τη βελτιστοποίηση της χρήσης των ραδιοσυχνοτήτων. Αυτό συµβαίνει, διότι, καθώς µεγάλος αριθµός ταυτόχρονων συνοµιλιών µπορεί να χωρέσει σε περιορισµένο αριθµό καναλιών, µε την εφαρµογή των τεχνικών πολυπλεξίας κατά χρόνο και κατά συχνότητα. Ταυτόχρονα τα δίκτυα GSM έχουν πολύ καλύτερη ποιότητα επικοινωνίας σε σύγκριση µε τα αναλογικά δίκτυα, καθώς η ψηφιοποιηµένη φωνή είναι λιγότερο ευαίσθητη σε παραµορφώσεις.

8.3 Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΟΥ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟΥ ∆ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Όταν δυο υπολογιστές οι οποίοι ανήκουν στην ίδια εταιρεία ή οργανισµό και είναι τοποθετηµένοι ο ένας κοντά στον άλλο χρειάζεται να επικοινωνήσουν, συχνά το ευκολότερο είναι απλώς να τους συνδέσουµε µ' ένα καλώδιο. Ωστόσο, εάν οι αποστάσεις είναι µεγάλες, ή οι υπολογιστές είναι πολλοί, ή τα καλώδια πρέπει να περάσουν µέσω ενός δηµόσιου δρόµου, τότε το κόστος των αναγκαίων καλωδίων είναι συνήθως απαγορευτικό. Επιπλέον, σχεδόν σε κάθε χώρα του κόσµου, το πέρασµα ιδιωτικών γραµµών µετάδοσης µέσα από µια δηµόσια ιδιοκτησία είναι παράνοµο. Συνεπώς οι σχεδιαστές των δικτύων πρέπει να στηρίζονται πάνω στις υπάρχουσες τηλεπικοινωνιακές διευκολύνσεις. Αυτές οι διευκολύνσεις, ειδικά το δηµόσιο τηλεφωνικό δίκτυο, σχεδιάστηκαν πριν από πολλά χρόνια, έχοντας κατά νου έναν εντελώς διαφορετικό σκοπό: τη µετάδοση της ανθρώπινης φωνής σε µια λιγότερο ή περισσότερο αναγνωρίσιµη µορφή. Η χρησιµοποίηση τους για τις επικοινωνίες µεταξύ των υπολογιστών γίνεται στην καλύτερη περίπτωση, στο οριακό σηµείο της λειτουργίας τους, αλλά επειδή σπάνια υπάρχει κάποια εναλλακτική λύση, αξίζει να αφιερώσουµε κάποια προσοχή σ' αυτές και στα εµπόδια που παρουσιάζουν. Για να κατανοήσουµε το µέγεθος του προβλήµατος, ας κάνουµε µια χοντρική αλλά παραστατική σύγκριση των ιδιοτήτων µιας τυπικής σύνδεσης δυο υπολογιστών µέσω ενός τοπικού καλωδίου και µιας επιλεγόµενης (dial-up) τηλεφωνικής γραµµής. Ένα καλώδιο που συνδέει δυο υπολογιστές µπορεί να µεταφέρει δεδοµένα σε ταχύτητες µνήµης, τυπικά 107 έως 108 bps. Ο ρυθµός εµφάνισης σφαλµάτων είναι συνήθως τόσο χαµηλός που είναι δύσκολο να µετρηθεί, όµως ένα λάθος την ηµέρα θα µπορούσε να θεωρηθεί χαµηλό στις περισσότερες εγκαταστάσεις. Σ' αυτές τις ταχύτητες ένα λάθος την ηµέρα ισοδυναµεί µε ένα λάθος σε 10 12 ή 1013 bits που έχουν σταλεί. Σε αντιδιαστολή, µια επιλεγόµενη τηλεφωνική γραµµή έχει έναν µέγιστο ρυθµό µετάδοσης δεδοµένων της τάξης των 104 bps και έναν ρυθµό εµφάνισης λαθών 74

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ χοντρικά 1 ανά 105 bits, ο οποίος µεταβάλλεται κάπως µε την ηλικία του εµπλεκόµενου τηλεφωνικού µεταγωγικού εξοπλισµού. Το γινόµενο του ρυθµού µετάδοσης των bits επί το ρυθµό εµφάνισης λαθών σ' ένα τοπικό καλώδιο είναι εποµένως καλύτερο κατά 11 τάξεις µεγέθους απ' αυτό της τηλεφωνικής γραµµής που φτιάχτηκε για µετάδοση φωνής (voice grade line). Αν κάνουµε µια αναλογία στο πεδίο των µεταφορών, ο λόγος του κόστους ολόκληρου του σχεδίου Apollo, το οποίο προσγείωσε ανθρώπους στο φεγγάρι µε το κόστος µιας διαδροµής λεοφορείoυ στο κέντρο της πόλης, είναι περίπου 11 τάξεις µεγέθους. Το πρόβληµα φυσικά έγκειται στο ότι οι σχεδιαστές συστηµάτων υπολογιστών είναι συνηθισµένοι να εργάζονται µε συστήµατα υπολογιστών και ξαφνικά έρχονται αντιµέτωποι µε ένα άλλο σύστηµα, του οποίου η απόδοση (από τη δική τους οπτική γωνία) είναι κατά 11 τάξεις µεγέθους χειρότερη, δεν είναι λοιπόν εκπληκτικό το γεγονός ότι έχει αφιερωθεί τόσος πολύ χρόνος και προσπάθεια για να γίνει αποτελεσµατική η χρησιµοποίησή του. Υπάρχουν 300 εκατοµµύρια τηλέφωνα στον κόσµο. Καθένα απ' αυτά είναι δυνατόν να καλέσει οποιοδήποτε από τα άλλα. Εποµένως ο αριθµός των διαφορετικών δυνατών συνδέσεων είναι 4,5 Χ 1016. Ο αµεσότερος τρόπος για την πραγµατοποίηση ενός τηλεφωνικού δικτύου θα ήταν σε κάθε σπίτι να έφταναν 300 εκατοµµύρια χάλκινα σύρµατα, καθένα από τα οποία να οδηγεί σ' ένα διαφορετικό τηλέφωνο. Αυτή η µέθοδος, αν και απλή στη σύλληψη, έχει µερικά µειονεκτήµατα, για να το πούµε µε ήπιο τρόπο. Φανταστείτε, για παράδειγµα, τις συνέπειες της εγκατάστασης ενός νέου τηλεφώνου οπουδήποτε. Το Σχήµα 8-4 (α) παριστάνει την ιδέα µιας πλήρους διασύνδεσης σε µια κάπως µέτρια κλίµακα. Η επόµενη απλούστατη προσέγγιση θα ήταν να υπάρχει κάπου ένας τεράστιος µεταγωγέας, του οποίου κάθε γραµµή θα φτάνει σε καθένα από όλα τα τηλέφωνα του κόσµου, όπως φαίνεται στο Σχ. 8-4 (β). Και αυτό είναι, επίσης, παράλογο εξαιτίας των τεραστίων προβληµάτων της κατασκευής, της λειτουργίας και της συντήρησης του µεταγωγέα.

(α)

(β)

(γ)

Σχ 8-4 (α) διασυνδεδεµένο δίκτυο. (β) ∆ίκτυο µε κεντρικό µεταγωγέα (switch). (γ) ∆ίκτυο µε ιεραρχία δυο επιπέδων.

Στην πραγµατικότητα, το τηλεφωνικό σύστηµα είναι οργανωµένο σαν µια υψηλά πλεονασµατική (redundant), πολυεπίπεδη ιεραρχία. Η ακόλουθη περιγραφή είναι πολύ απλουστευµένη, αλλά ωστόσο δίνει τη βασική εικόνα. Κάθε τηλέφωνο έχει δυο χάλκινα σύρµατα, που βγαίνουν απ' αυτό και πηγαίνουν στο πλησιέστερο τερµατικό κέντρο (end office) (που επίσης καλείται και τοπικό κέντρο (local central office) της τηλεφωνικής εταιρείας. Η απόσταση είναι συνήθως 1 έως 10 km, που είναι µικρότερη στις πόλεις από τις αγροτικές περιοχές. Στις Η.Π.Α µονάχα υπάρχουν 20,000 τέτοια κέντρα. Η αλληλουχία του κωδικού της περιοχής και των τριών πρώτων ψηφίων του αριθµού τηλεφώνου καθορίζουν µονοσήµαντα ένα τερµατικό κέντρο. Οι δισύρµατες συνδέσεις ανάµεσα στο τηλέφωνο ενός συνδροµητή και στο τοπικό κέντρο είναι γνωστές ως τοπικός βρόγχος (local loop). Εάν όλοι οι τοπικοί βρόχοι του κόσµου τεντωνόντουσαν σ' ευθεία γραµµή, θα κάλυπταν την απόσταση γης-σελήνης 2000 φορές.

75

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Εάν ένας συνδροµητής συνδεδεµένος µ' ένα δεδοµένο τοπικό κέντρο καλέσει έναν άλλο συνδροµητή συνδεδεµένο στο ίδιο κέντρο, ο µηχανισµός µεταγωγής µέσα στο κέντρο εγκαθιστά µια άµεση ηλεκτρική σύνδεση ανάµεσα στους δύο τοπικούς βρόχους. Αυτή η σύνδεση παραµένει ανέπαφη για το χρονικό διάστηµα που διαρκεί η κλήση. Εάν το τηλέφωνο προς το οποίο έγινε η κλήση είναι συνδεδεµένο µ' ένα άλλο τοπικό κέντρο, τότε χρησιµοποιείται µια διαφορετική διαδικασία. Κάθε κέντρο έχει έναν αριθµό εξερχόµενων γραµµών προς ένα ή περισσότερα κοντινά κέντρα µεταγωγής, τα οποία ονοµάζονται υπεραστικά κέντρα (top offices ή tandem offices). Οι γραµµές αυτές ονοµάζονται υπεραστικά ζευκτικά κυκλώµατα (toll connecting trunks). Εάν και τα δύο τοπικά κέντρα, του καλούντος και του καλουµένου, τύχει να έχουν ένα υπεραστικό ζευκτικό κύκλωµα µε το ίδιο υπεραστικό κέντρο (ένα πιθανό γεγονός εάν βρίσκονται σχετικά κοντά), η σύνδεση µπορεί να γίνει µέσα στο υπεραστικό κέντρο. Ένα τηλεφωνικό δίκτυο που αποτελείται µόνο από τοπικά κέντρα (τα κυκλάκια) και υπεραστικά κέντρα (τα τετράγωνα) φαίνεται στο Σχ. 8-4 (γ). Εάν ο καλών και ο καλούµενος δεν έχουν ένα κοινό υπεραστικό κέντρο, η σύνδεση πρέπει να γίνει κάπου ψηλότερα στην ιεραρχία. Υπάρχουν τµηµατικά και περιφερειακά κέντρα τα οποία σχηµατίζουν ένα δίκτυο µέσω του οποίου συνδέονται τα τηλεφωνικά κέντρα. Οι υπεραστικές, τµηµατικές και περιφερειακές ανταλλαγές γίνονται µέσω ζευκτικών κυκλωµάτων υπεραστικών κέντρων (intertoll trunks) µεγάλου εύρους ζώνης. Το πλήθος των διαφορετικών ειδών των κέντρων µεταγωγής και η τοπολογία τους (π.χ. µπορούν δυο τµηµατικά κέντρα να έχουν άµεση σύνδεση ή πρέπει να συνδεθούν µέσω ενός περιφερειακού κέντρου;) ποικίλλει από χώρα σε χώρα και εξαρτάται από την τηλεφωνική πυκνότητα. Το Σχήµα 8-5 δείχνει πώς µπορεί να δροµολογηθεί µια σύνδεση µέσης απόστασης.

Σχ 8-5 Τυπική κυκλωµατική διαδροµή για µία κλήση µέσης απόστασης

Στις τηλεπικοινωνίες χρησιµοποιείται µια ποικιλία µέσων µετάδοσης. Οι τοπικοί βρόχοι αποτελούνται σήµερα από ζεύγη µονωµένων χάλκινων συρµάτων, παρόλο που στην αρχή του αιώνα χρησιµοποιούνταν µη µονωµένα σύρµατα σε απόσταση 25 cm µεταξύ τους στους τηλεφωνικούς πόλους. Ανάµεσα στα κέντρα µεταγωγής χρησιµοποιούνται οµοαξονικά καλώδια, µικροκύµατα και κυµατοδηγοί. Συστήµατα οπτικών ινών που χρησιµοποιούν λέιζερ, εξαπλώνονται όλο και περισσότερο, κυρίως επειδή το τεράστιο εύρος ζώνης αυτών επιτρέπει σε µια απλή δέσµη να αντικαταστήσει πολλά χάλκινα καλώδια, ανακουφίζοντας τους κρίσιµα υπερπλήρεις υπάρχοντες σωλήνες καλωδίων.

76


8.4 ∆ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ, ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Μετά το τέλος του 20υ Παγκοσµίου Πολέµου, άρχισε να εµφανίζεται έντονα η ανάγκη της παγκόσµιας επικοινωνίας. Ιδιαίτερα για την εκποµπή τηλεοπτικών σηµάτων, η χρήση επίγειων συστηµάτων µετάδοσης για µεγάλες αποστάσεις δεν ήταν εφικτή. Η σύλληψη της ιδέας για τη χρήση τηλεπικοινωνιακών δορυφόρων που θα περιστρέφονταν σε γεωστατική τροχιά (δηλ. συγχρονισµένοι µε την περιστροφή της Γης) ανήκει στον Άρθουρ Κλάρκ από το 1945. Ο πρώτος δορυφόρος που υλοποίησε την ιδέα αυτή ήταν ο Echo (1960), ο οποίος δεν ήταν τίποτα περισσότερο από ένα πλαστικό µπαλόνι επικαλυµµένο µε αλουµίνιο. Ο Echo λειτουργούσε αντανακλώντας πίσω στη Γη ραδιοφωνικά και τηλεοπτικά σήµατα που εκπέµπονταν από ένα επίγειο σταθµό. Ο Echo περιστρέφονταν γύρω από τη Γη κάθε 90 λεπτά σε χαµηλή -όχι γεωστατική τροχιάµε αποτέλεσµα να είναι ορατός από ένα σηµείο µόνο για 1 Ο από τα 90 λεπτά κάθε περιστροφής. Ο πρώτος γεωστατικός δορυφόρος µε το όνοµα Syncom-2 τέθηκε σε τροχιά από τη NASA το 1963 και µπορούσε να καλύψει περίπου το 42% του πλανήτη, 24 ώρες το 24-ωρο. Ο Syncom-2 χρησιµοποιήθηκε εκτός των άλλων για τη ζωντανή µετάδοση των Ολυµπιακών αγώνων του Τόκιο στις ΗΠΑ. Μετά τις πρώτες αυτές προσπάθειες οι εξελίξεις στις δορυφορικές επικοινωνίες ήταν ραγδαίες. Σήµερα υπάρχουν σε τροχιά πάνω από 200 δορυφόροι, που χρησιµοποιούνται για επικοινωνίες φωνής, δεδοµένων, ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σηµάτων. Οι νεότερες προσπάθειες στοχεύουν στην παροχή της δυνατότητας επικοινωνίας από οποιοδήποτε σηµείο του πλανήτη µε µία µικρή φορητή συσκευή (εικ. 8-6), όπως επίσης και στην ολοκλήρωση των σύγχρονων ψηφιακών δορυφορικών συστηµάτων επικοινωνιών µε τα αντίστοιχα συστήµατα κινητής τηλεφωνίας. Κατά συνέπεια, ώστε ο χρήστης είναι δυνατό να επικοινωνεί χρησιµοποιώντας την ίδια συσκευή. Όταν βρίσκεται σε κατοικηµένη περιοχή, η συσκευή επιλέγει αυτόµατα ένα δίκτυο κινητής τηλεφωνίας, ενώ όταν δεν υπάρχει αυτή η δυνατότητα (π.χ. σε ένα βουνό ή ένα πέλαγος), η επικοινωνία γίνεται µέσω δορυφόρου (σχήµα 8-6).

Σχ 8-6 Σύστηµα δορυφορικής και κινητής τηλεφωνίας

Σήµερα είναι σε εξέλιξη η ανάπτυξη πολλών συστηµάτων δορυφορικής επικοινωνίας, από τα οποία τα τρία σηµαντικότερα είναι τα εξής: • Iridium µε 66 δορυφόρους χαµηλής τροχιάς. • Global star µε 48 δορυφόρους χαµηλής τροχιάς. • ICO µε 12 δορυφόρους µέσης τροχιάς. Το πρώτο σύστηµα (Iridium) έχει ήδη τεθεί σε εµπορική λειτουργία και στη 77

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ χώρα µας συνεργάζεται µε το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας (GSM) της εταιρείας Tim. Μόλις πρόσφατα όµως το σύστηµα χρεοκόπησε και προτείνεται σύντοµα να σταµατήσει εντελώς η λειτουργία του. Επιπλέον έχει αρχίσει ήδη παγκοσµίως η ανάπτυξη της υπηρεσίας της ψηφιακής δορυφορικής τηλεόρασης (Direct Broadcast Satellite, DBS), η οποία έχει τη δυνατότητα παροχής εκατοντάδων τηλεοπτικών προγραµµάτων µε ποιότητα εικόνας πολύ καλύτερη από τις προηγούµενες τεχνολογίες, όπου η µετάδοση και λήψη της εικόνας γίνονταν µε αναλογικό τρόπο. Το επόµενο βήµα στην εξέλιξη των δορυφορικών επικοινωνιών αποτελεί η ανάπτυξη συστηµάτων που θα επιτρέπουν, εκτός από την επικοινωνία φωνής, την επικοινωνία δεδοµένων µε πολύ υψηλούς ρυθµούς µετάδοσης. Οι ρυθµοί αυτοί θα ξεπερνούν τα 2 Mbit/s, ώστε να είναι δυνατή η πρόσβαση στο Internet του µέλλοντος, από οποιοδήποτε σηµείο του πλανήτη. Παράδειγµα τέτοιας προσπάθειας αποτελεί το σύστηµα Teledesic (Εικ. 8-5), που στην πλήρη ανάπτυξή του θα αποτελείται από 840 δορυφόρους χαµηλής τροχιάς, προσφέροντας τη δυνατότητα µετάδοσης κινούµενης εικόνας υψηλής ποιότητας.

Εικόνα. 8-7. Ο σχηµατισµός δορυφόρων του συστήµατος Teledesic

78

9. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1.∆ίκτυα Υπολογιστών Andrew S. Tanebaum Εκδόσεις Παπασωτηρίου 2.Μετάδοση ∆εδοµένων & ∆ίκτυα Υπολογιστών Ι & ΙΙ εκδόσεις ΟΕ∆Β, Τεύχος 1 βιβλίο µαθητή 3.Μετάδοση ∆εδοµένων & ∆ίκτυα Υπολογιστών Ι & ΙΙ εκδόσεις ΟΕ∆Β, Τεύχος 2 βιβλίο µαθητή 4.Εισαγωγή στο ΙΝΤΕΡΝΕΤ Β’ έκδοση εκδόσεις Anubis 5.∆ικτύωση Υπολογιστών, Συγγραφείς James F. Kurose Πανεπιστήµιου Massachusetts Η.Π.Α. και Keith W. Ross Πανεπιστήµιου Kolytechnic Η.Π.Α., επιµέλεια Μανιτσάρης – Φουληράς, εκδόσεις Γκιούρδας 6.Βασικές Αρχές Ψηφιακής Τεχνολογίας, Τεχνικά Επαγγελµατικά Εκπαιδευτήρια Τοµέας Πληροφορικής –∆ικτύων Η/Υ, 1ος κύκλος – Α’ τάξη, Εκδότης ΟΕ∆Β 7.Εφαρµογές πληροφορικής υπολογιστών, Εκδότης ΟΕ∆Β

79

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ_ΠΑΠΑΖΟΓΛΟΥ ΣΠΥΡΙΔΩΝ

Recommend Documents